An Criterion to Minimize FE Mesh-Dependency in Concrete Plate under Impact Loading

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.

충격하중을 받는 판형콘크리트 구조물의 요소의존성 최소화 기준식

충격 및 폭발하중으로 인한 위험으로부터 구조물의 안정성을 확보하기 위한 필요성의 증대에 따라 고율변형을 받는 콘크리트의 거동은 중요한 연구주제가 되었다. 콘크리트의 고율변형 거동은 정적인 상태와는 다른 독특한 거동을 보이기 때문에 다양한 고율변형모델들이 제안되어 고율변형 상태를 수치해석하는데 사용되고 있다. 이러한 수치해석 과정에서 발생하는 문제가 요소의 크기에 따라 수치해석결과가 크게 변하는 요소의존성 문제이다. 본 논문에서는 파괴에너지이론에 기초하여 요소의존성을 최소화할 수 있는 기준식을 제안하고 HJC(Holmquist Johnson Cook)모델을 이용한 관통수치해석을 통해 기준식을 검증하였다. 그 결과 기준식을 통해 산정된 파괴변형률을 수치해석상에 적용해줌으로써 해석결과의 요소의존성이 감소하였고 해의 정확성 또한 향상되는 것을 파악할 수 있었다.