Two carbon fiber composite laminates, $[0/90]_{2S}$ and $[0/+45/90/-45]_S$, were considered in this work to find out the perforation threshold energy to complete the perforation process and the corresponding maximum contact force. Explicit finite element commercial software, LS-DYNA, was used to predict these values. According to the simulation results, these two types of composite laminates were tested by using a vertical drop-weight testing machine. After testing, the damage condition of these specimens were observed and compared with the results from finite element analysis. The testing results indicate that the perforation threshold energy is 6 Joules for $[0/90]_{2S}$ and 7 Joules for $[0/+45/90/-45]_S$, which is in good agreement with the simulation results. Also, the maximum contact force at the case of perforation threshold energy is the lowest as compared to the maximum contact forces occurring at the impact energy that is larger or less than the perforation threshold energy.
Alaa A. Abdelrahman;Hanaa E. Abd-El-Mottaleb;Mohamed G. Elblassy;Eman A. Elshamy
Steel and Composite Structures
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v.49
no.6
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pp.667-684
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2023
In the context of finite element method, a computational simulation is presented to study and analyze the dynamic behavior of regularly perforated functionally graded rotating beam for the first time. To investigate the effect of perforation configurations, both regular circular and squared perforation patterns are studied. To explore impacts of graded material distributions, both axial and transverse gradation profiles are considered. The material characteristics of graded materials are assumed to be smoothly and continuously varied through the axial or the thickness direction according the nonlinear power gradation law. A computational finite elements procedure is presented. The accuracy of the numerical procedure is verified and compared. Resonant frequencies, axial displacements as well as internal stress distributions throughout the perforated graded rotating cantilever beam are studied. Effects of material distributions, perforation patterns, as well as the rotating beam speed are investigated. Obtained results proved that the graded material distribution has remarkable effects on the dynamic performance. Additionally, circular perforation pattern produces more softening effect compared with squared perforation configuration thus larger values of axial displacements and maximum principal stresses are detected. Moreover, squared perforation provides smaller values of nondimensional frequency parameters at most of vibration modes compared with circular pattern.
This study is concerned to the perforation phenomena of the oblique dual-plate by projectile. Experiment and simulation related to that was carried out. the variables considered in this phenomena include the electrolytic zinc coated steel sheet and carbon steel rod. In the former, the confirmation and projectile velocity possible phenomena of real phenomena is done, the latter, the effect of parameter such as time-step and grid space length is analized by using the three-dimensional Lagrangian explicit time-integration finite element code, HEMP. this code use the eight node hexahedral elements and in this study, Von-Mises Criteria is used as the strength model, Mie-Gruneisen is as the Equation of State. the simulation was performed by contrast with the experiment. through the calibration of the parameter of lagrangian code, reasonable result was approached.
The paper is reporting some comparisons between experimental and numerical results in terms of failure mode, failure time and ballistic properties of mild steel sheet. Several projectile shapes have been considered to take into account the stress triaxiality effect on the failure mode during impact, penetration and perforation. The initial and residual velocities as well as the failure time have been measured during the tests to estimate more physical quantities. It has to be noticed that the failure time was defined using a High Speed Camera (HSC). Thanks to it, the impact forces (average and maximum level), were analyzed using numerical simulations together with an analytical description coupled to experimental observations. The key point of the model is the consideration of a shape function to define the pulse loading during perforation.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.16
no.3
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pp.398-404
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2013
The simulation of the ballistic trajectory of penetrator into the spaced multi-layer RC targets is very important to predict the hitting condition in subsequent target. Because of perturbation by lateral load of penetrator caused by asymmetric hitting position between penetrator and steel bar reinforcement, penetrator rotates and deviates from the straight path. Therefore, penetration capability of penetrator is decreased in the subsequent targets. This paper presents the result of the penetration of steel-bar-reinforced concrete target by using the explicit finite element code LS-DYNA. A series of computations is performed and compared to experimental data and the computed results are in good agreement with the experimental results over a wide range of velocities. And then we conduct the simulation according to various RC target hitting condition and impact velocities.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.590-595
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2008
In the present paper, the impact damage behavior of steel plate reinforced concrete panels exposed to shock impulsive loading and fragment impact loading is investigated. To evaluate the retrofit performance of a steel-strengthened concrete panels, a numerical experiment using a numerical simulation with AUTODYN, an explicit analysis program is introduced because a real explosion experiment requires the vast investment and expense for facilities as well as the deformation mechanisms are too complicated to be reproduced with a conventional closed-form analyses. The model for the analysis is simplified and idealized as a two-dimensional and axisymmetric case controled with geometry, boundary condition and material properties in order to obtain a resonable computation time. As a result of the analysis, panels subject to either shock loading or fragment loading without the steel plate reinforcement experience the perforation with spalled fragments. In addition, the panels reinforced with steel plate can prevent the perforation and provide the good mechanical effect such as the increase of global stiffness and strength through the composite action between the concrete slab and the steel plate.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.3
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pp.147-154
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2014
In the context of an increasing need for safety in concrete structures under blast and impact loading condition, the behavior of concrete under high strain rate condition has been an important issue. Since concrete subjected to impact loading associated with high strain rate shows quite different material behavior from that in the static state, several material models are proposed and used to describe the high strain rate behavior under blast and impact loading. In the process of modelling high strain rate conditions with these material models, mesh dependency in the used finite element(FE) is the key problem because simulation results under high strain-rate condition are quite sensitive to applied FE mesh size. This paper introduces an criterion which can minimize the mesh-dependency of simulation results on the basis of the fracture energy concept, and HJC(Holmquist Johnson Cook) model is examined to trace sensitivity to the used FE mesh size. To coincide with the purpose of the perforation simulation with a concrete plate under a projectile(bullet), the residual velocities of projectile after perforation are compared. The analytical results show that the variation of residual velocity with the used FE mesh size is quite reduced and accuracy of simulation results are improved by applying a unique failure strain value determined according to the proposed criterion.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.111-118
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2004
For the precise analysis of high velocity impact problem though FEM with element erosive method, the adequate mesh size and critical equivalent plastic strain(EQPS) is chosen prior to the simulation. In this research, it is strongly required from a standpoint that critical EQPS is used to decide whether perforation occurs or not. The optimization of dual armor plate consisting of 4340 steel and 2024 aluminium against a die steel sphere with high-velocity has been suggested using Lagrangian explicit time-integration code, NET2D. The response surface method based on the design of experiment is utilized for the size optimization. The optimized thickness of each layer, in which perforation does not occur, the strength of multi-layer is maximized and total weight is minimized, is obtained at a constant velocity of a pellet with a designated total thickness.
Chung, Chul-Hun;Choi, Hyun;Lee, Jung Whee;Choi, Kang Ryong
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.6A
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pp.543-560
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2010
Safety-related concrete structures in a nuclear power plant must be protected against the impact of flying objects, referred to in the profession as missiles. In practice, the structural verification is usually carried out by means of empirical formulas, which relate the velocity of the impinging missile to the wall thickness needed to prevent scabbing or perforation. The purpose of this study is to reevaluate the predictability of the local effect prediction formulas for the penetration and scabbing depths and perforation thickness. Therefore, available formulas for predicting the penetration depth, scabbing thickness, and perforation thickness of concrete structures impacted by solid missiles are summarized, reviewed, and compared. A series of impact analyses is performed to predict the local effects of the projectile at impact velocities varing from 95 to 215 m/s. The results obtained from the numerical simulations have been compared with tests that were carried out at Kojima to validate numerical modelling. The simulation results show reasonable agreement with the Kojima test results for the overall impact response of the RC slabs. From these results, it seems that the Degen equation give a very good estimate of perforation thickness against a tornado projectile for test data. Finally, the results obtained from the impact analysis have been compared with Degen formula to determine the perforation thickness of the RC slab.
Various types of unit packaging methods were applied for 'Fuji' apples during short-term cold storage and export simulation. Gas tightness of the package was controlled stepwise in the successive two-year experiments using different perforation treatments (none, punch hole, or pinhole) and sealing methods (tie v s. heat seal). Risk of tight packaging and effectiveness of macroperforation on weight loss and quality maintenance were analyzed as related to changes in gas concentration inside the packages. Immediately after harvest, each 5 apple units were packaged in $40{\mu}m$ polypropylene (PP) film bags, stored 4 weeks at $0^{\circ}C$, and then put on the shelf for one week at ambient temperature in the preliminary experiment, In the main experiment, export process was imposed after storage simulating 2 week refrigerated container shipment at $0^{\circ}C$ plus one week local marketing at ambient temperature. Non-perforated film packaging with relatively high gas tightness induced flesh browning caused by carbon dioxide accumulation regardless of the sealing methods. Among perforated film packaging, in contrast, atmospheric modification was partly established only in the pinhole treatment and flesh browning symptom was not observed in all the treatments. Even the punch hole perforated film packaging without gas tightness effectively reduced the weight loss, whereas had slight benefits for quality maintenance. Reduced perforation using pinhole treatment seemed to improve sensory texture, while effects on physicochemical quality were insignificant. Overall results suggest the need of more minute perforation treatments on the packaging film to ensure modified atmosphere effects on quality maintenance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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