One promising method for impact detection of composite structures is based on the use of piezopolymer thin fim (PVDf) sensor. In this paper, the relationship between the contact force and the signals of the attached strain gage and PVDF sensor to the composite plate subjected to low-velocity impact were derived. The relation for the open circuit and short circuit voltage of PVDF sensor was derived based on the equivalent circuit model of the piezoelectric sensor. The work was then extended to include experimental investigation into the use of short circuit voltage of PVDF sensor without using charge amplifier to detect low-velocity impact. The natural frequencies and damping ratio of the composite plate obtained from the vibration test were used to modify the analytical model and therefore the differences between measured and simulated signal of the modified analytical model in both forward and backward problem were considerably reduced. The reconstructed contact force and simulated sensor signals agreed well with the measured contact force, strain gage signal, and PVDF sensor singanl.
Park, Hong-Bok;Yoon, Sam S.;Jepsen Richard A.;Heister Stephen D.
Journal of ILASS-Korea
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v.11
no.2
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pp.89-97
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2006
An inviscid axisymmetric model capable of predicting droplet bouncing and the detailed pre-impact motion, influenced by the ambient pressure, has been developed using boundary element method (BEM). Because most droplet impact simulations of previous studies assumed that a droplet was already in contact with the impacting substrate at the simulation start, the previous simulations could not accurately describe the effect of the gas compressed between a failing droplet and the impacting substrate. To properly account for the surrounding gas effect, an effect is made to release a droplet from a certain height. High gas pressures are computationally observed in the region between the droplet and the impact surface at instances just prior to impact. The current simulation shows that the droplet retains its spherical shape when the surface tension energy is dominant over the dissipative energy. When increasing the Weber number, the droplet surface structure is highly deformed due to the appearance of the capillary waves and, consequently, a pyramidal surface structure is formed; this phenomenon was verified with our experiment. Parametric studies using our model include the pre-impact behavior which varies as a function of the Weber number and the surrounding gas pressure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.11
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pp.2805-2816
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1994
This paper describes dynamic finite element analyses performed to study the dynamic behaviors of a shipping container under the impact onto rigid target due to the accidental fall from the hight of 9 m. Using two and three dimensional techniques, the shipping container which gave the maximum damage, ten different drop orientations are considered ; at intervals of $5^{\circ}$ from $45^{\circ}$ to $90^{\circ}$ According to the present results, the orientation of the shipping container which gave the maximum damage is $85^{\circ}$ from horizontal for oblique drop in the primary impact. In the optimal design of the shipping container, the impact limiter material must be considered importantly because it's proper selection affects the weight and the manufacturing cost of the shipping container. The analysis of the shipping container in this paper demonstrated that the shipping container is structurally sound relative to the regulatory drop test requirements.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.12
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pp.2121-2133
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1997
A finite element code is developed for 3-D self-contact problems, using continuum elements with a SRI(Selective Reduced Integration) scheme to prevent locking phenomenon by the incompressibility of rubber. Contact treatment is carried out in two ways : using the displacement constraints in case of rigid contact ; and imposing the same contact forces on two contact boundaries in case of self-contact. The finite element code developed is applied to the deformation analysis of C.V.joint boots which maintain lubrication conditions and protect the C.V.joint assembly from impact and dust. The boot accompanies large rotation depending on the rotation of the wheel axis and leading to the self-contact phenomena of the boot bellows. Since this contact phenomenon causes wear of the product and has great influence on the endurance life of the product, it is indispensable to carry out stress analysis of the rubber boots. In case of self-contact, various methods for determining contact forces have been suggested with an appropriate contact formulation. Especially, the types of penetration in self-contact are modularized to accelerate conputation with a contact algorithm.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.4
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pp.652-661
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1988
A theoretical attempt is made to analyze the dynamic contact force and response of laminated composite beams subjected to the transverse impact of steel balls. A beam finite element model based on the modified theory for laminated composites in conjunction with static contact laws is formulated for the theoretical investigation. Finally, it is shown that the present results are in good agreement with some existing solutions or wave propagation theory.
Wheel-rail noise is normally classified into three catagories : rolling impact and squeal noise. In this paper rolling noise caused by the irregularity between a wheel and a rail is analysed as follows: The irregularity between the wheel and the rail is assumed as linear superposition of sinusoidal profiles. Wheel-rail contact stiffness is linearized by using Hertzian contact theory and then contact force between the wheel and the rail is calculated. vibration of the rail and the wheel is calculated theoretically by receptance method or FEM depending on the geometry of the wheel or the rail for the frequency range of 100-500 Hz important for noise generation. The radiation noise caused by those vibration response is computed by BEM To verify this analysis tools rolling noise is calculated by proposed analysis steps using typical roughness data and these results are compared with experimental rolling noise data. This analysis tools show reasonable results and finally used for the prediction of the Korean high speed train rolling noise.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.1
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pp.60-68
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1991
The updated Lagrangian Finite Element Method is introduced to analyse rigid body-fluid impact problem which is characterized by incompressible Navier-Stokes equations and impact-contact conditions between free surface and rigid body. For the convenience of numerical computation, velocity fields are splinted into vicous and pressure parts, and then the governing equations and boundary conditions are decomposed in accordance with the decomposition. However, Viscous stresses acting an the solid boundaries are neglected on the assumption that very small velocity gradients may occur during extremely small time interval of the impact. Four coded quadrilateral elements are used to discretize the space domain and the fully explicit time-marching algorithm is employed with a reasonably small time step. At the beginning of each time step, contact velocity of the rigid body is computed from the momentum balance between the body and the fluid. The velocity field is then computed to satisfy the discretized equations of motions and incompressibility and contact constraints as well as an exact free surface boundary condition. At the end of each time step, the fluid domain is updated from the velocity field. In the present time stepping numerical analysis, behaviour of the free surface near the body can be observed without any difficulty which is very important in the water impact problem. The applicability of the algorithm is illustrated by a wedge type falling body problem. The numerical solutions for time-varying pressure distributions and impact loadings acting ion the surface are obtained.
In this paper, the sound radiation from a clamped circular plate with a viscoelastic layer excited by impact force is studied both analytically and experimentally. The composite plate vibrations are obtained by using the normal mode analysis and the eigenvalues are obtained by a Mindlin plate theory including the rotary inertia and shear deformation, The contact force developed between the ball and the plate with attached layers is obtained by Hertz contact theory. The radiated sound pressure is calculated by the Rayleigh integral. Prediction of the waveforms of sound radiating from the plate with attached layers and a method for reducing noise generation from the plate by impact force are also shown in this paper.
The dynamicresponse of biomimetic composites mimicking nacre under low velocity impact is investigated. The composites have hierarchical structures with a staggered pattern consisting of a protein and a mineral. To analyze the impact response of the composites, the finite element method is used. The effects of the hierarchical structures of the compositeson the dynamic response are examined. It is shown that the maximum stress, displacement and contact force in the composite subjected to low velocity impact decrease as the level of structural hierarchy increases.
In this paper, a numerical method for vehicle-track interaction analysis is developed to evaluate vertical dynamic force subjected to rail surface. A vehicle is modelled by lumped masses system and track by multi layered continuous beam system. The equation of motion of vehicle and track interaction system is derived by considering compatibility condition at the contact points between wheel and rail. The input vibration source is given by the empirical formula of power spectral density of track irregularity, which is suggested by FRA. Using this method, dynamic impact factors with the train speed are evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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