Damage by high-speed impact fracture is a dominant mode of failure in several applications of concrete structures. Numerical modelling can play a crucial role in understanding and predicting complex fracture processes. The commonly used mesh-based Finite Element Method has difficulties in accurately modelling the high deformation and disintegration associated with fracture, as this often distorts the mesh. Even with careful re-meshing FEM often fails to handle extreme deformations and results in poor accuracy. Moreover, simulating the mechanism of fragmentation requires detachment of elements along their boundaries, and this needs a fine mesh to allow the natural propagation of damage/cracks. Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is an alternative particle based (mesh-less) Lagrangian method that is particularly suitable for analysing fracture because of its capability to model large deformation and to track free surfaces generated due to fracturing. Here we demonstrate the capabilities of SPH for predicting brittle fracture by studying a slender concrete structure (column) under the impact of a high-speed projectile. To explore the effect of the projectile material behaviour on the fracture process, the projectile is assumed to be either perfectly-elastic or elastoplastic in two separate cases. The transient stress field and the resulting evolution of damage under impact are investigated. The nature of the collision and the constitutive behaviour are found to considerably affect the fracture process for the structure including the crack propagation rates, and the size and motion of the fragments. The progress of fracture is tracked by measuring the average damage level of the structure and the extent of energy dissipation, which depend strongly on the type of collision. The effect of fracture property (failure strain) of the concrete due to its various compositions is found to have a profound effect on the damage and fragmentation pattern of the structure.
Park, Seong-Whan;Han, Jeong-Woo;Han, Seung-Ho;Ha, Tae-Bum;Lee, Hong-Gu;Hong, Sa-Young;Kim, Byoung-Wan;Kyoung, Jo-Hyun
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.43
no.3
s.147
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pp.351-361
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2006
The fatigue strength analysis of VLFS is carried out by using a 3-dimensional plate finite element model with a zooming technology which performs the modeling of wide portions of the structure by a coarse mesh but the concerned parts by a very fine mesh of t by t level. And a stepwise substructure modeling technique for global loading conditions is applied which uses the motion response of the global structure from 2-D plate hydroelastic analysis as the enforcing nodal displacements of the concern 3-D structural zooming model. Seven incident wave angles and whole ranges of frequency domains of wave spectrum are considered. In order to consider the effect of breakwater, the modified JONSWAP wave spectrum is used. Applying the wave data of installation region, the longterm spectrum analysis is done based on stochastic process and the fatigue life of the structure is estimated. Finally some design considerations from the view point of fatigue strength analysis of VLFS are discussed.
Chang, Sung Pil;Kwark, Jong Won;Ha, Sang Gil;Kim, Sung Il
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.10
no.4
s.37
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pp.577-587
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1998
The influences of high speed train on the dynamic responses of steel composite railway bridges are investigated. The bridge system which has two I-girder and several cross beams is modeled with plate and frame elements. With assumption of concrete slabs are fully connected with steel girders, the offset between slabs and girders is modeled using constraint equation. The track system is modeled using beams on elastic foundation theory. And, the TGV train model is developed in 2-dimension considering bouncing and pitching motion. And braking action of vehicle is considered using speed dependent braking function. To investigate the behavior of bridges due to moving trains, parametric studies on the variation of natural frequency of bridge, speed parameter, vehicle modeling method, braking action of train, etc are performed.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.6
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pp.503-508
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2007
In this study, the aeroelastic response and stability of bearingless rotors are investigated using a large deflection beam theory. The outboard main blade, flexbeam, and torque tube are all assumed to be an elastic beam undergoing arbitrary large displacements and rotations. The finite element equations of motion obtained from Hamilton's principle. Two-dimensional quasi-steady strip theory is used to evaluate aerodynamic forces. In hover, the modal approach method based on coupled rotating natural modes is used for the stability analysis. In forward flight, the nonlinear periodic blade steady response is obtained by integrating the full finite element equation in time through a coupled trim procedure with a vehicle trim. The results of the full finite element analysis using the large deflection beam theory are compared with those of a previously published modal analysis using the moderate deflection-type beam theory.
Objective : To investigate the effects of posterior implant rigidity on spinal kinematics at adjacent levels by utilizing a cadaveric spine model with simulated physiological loading. Methods : Five human lumbar spinal specimens (L3 to S1) were obtained and checked for abnormalities. The fresh specimens were stripped of muscle tissue, with care taken to preserve the spinal ligaments and facet joints. Pedicle screws were implanted in the L4 and L5 vertebrae of each specimen. Specimens were tested under 0 N and 400 N axial loading. Five different posterior rods of various elastic moduli (intact, rubber, low-density polyethylene, aluminum, and titanium) were tested. Segmental range of motion (ROM), center of rotation (COR) and intervertebral disc pressure were investigated. Results : As the rigidity of the posterior rods increased, both the segmental ROM and disc pressure at L4-5 decreased, while those values increased at adjacent levels. Implant stiffness saturation was evident, as the ROM and disc pressure were only marginally increased beyond an implant stiffness of aluminum. Since the disc pressures of adjacent levels were increased by the axial loading, it was shown that the rigidity of the implants influenced the load sharing between the implant and the spinal column. The segmental CORs at the adjacent disc levels translated anteriorly and inferiorly as rigidity of the device increased. Conclusion : These biomechanical findings indicate that the rigidity of the dynamic stabilization implant and physiological loading play significant roles on spinal kinematics at adjacent disc levels, and will aid in further device development.
In the current research, the free vibrational behavior of the FG nano-beams integrated in the hygro-thermal environment and reposed on the elastic foundation is investigated using a novel integral Timoshenko beam theory (ITBT). The current model has only three variables unknown and requires the introduction of the shear correction factor because her uniformed variation of the shear stress through the thickness. The effective properties of the nano-beam vary according to power-law and symmetric sigmoid distributions. Three models of the hygro-thermal loading are employed. The effect of the small scale effect is considered by using the nonlocal theory of Eringen. The equations of motion of the present model are determined and resolved via Hamilton principle and Navier method, respectively. Several numerical results are presented thereafter to illustrate the accuracy and efficiency of the actual integral Timoshenko beam theory. The effects of the various parameters influencing the vibrational responses of the P-FG and SS-FG nano-beam are also examined and discussed in detail.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.38
no.5
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pp.74-84
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1996
Dynamic loading of structures often causes excursions of stresses well into the inelastic range and the influence of geometric changes on the dynamic response is also significant in many cases. Therefore, both material and geometric nonlinearity effects should be considered in case that a dynamic load acts on the structure. For developing a program to analyze the dynamic response of an axisymmetric shell in this study, the material nonlinearity effect on the dynamic response was formulated by the elasto-viscoplastic model highly corresponding to the real behavior of the material. Also, the geometrically nonlinear behavior is taken into account using a total Lagrangian coordinate system, and the equilibrium equation of motion was numerically solved by a central difference scheme. A complete finite element program has been developed and the results obtained by it are compared with those in the references 1 and 2. The results are in good agreement with each other. As a case study of its application, the developed program was applied to a dynamic response analysis of a nuclear reinforced concrete containment structure. The results obtained from the' numerical examples are summarized as follows : 1. The dynamic magnification factor of the displacement and the stress were unrelated with the concrete strength. 2. As shown by the results that the displacement dynamic magnification factor were form 1.7 to 2.3 and the stress dynamic magnification factor from 1.8 to 2.5, the dynamic magnification factor of stress were larger than that of displacement. 3. The dynamic magnification factor of stress on the exterior surface was larger than that on the interior surface of the structure.
This paper introduces a heave compensation system for offshore crane when it gets unexpected disturbances and external force. The dynamic model consists of crane assumed to be the rigid body, hydraulic driven winch, elastic rope and payload. To keep the payload from moving up and down, PD control algorithm is applied. By using the control, the oscillating amplitude of the payload is reduced. Also by using the estimated values involved with time-delay, the relative motion of payload in heave direction is dramatically shortened. This paper shows using the control algorithm with estimated value having time-delay 0.1 second is enough to heave compensation system.
This paper is concerned with protecting piezoelectric transducers used in an ultrasonic flowmeter from the high temperature of hot fluid in a pipe by using a waveguide and with improving the propagation of ultrasonic longitudinal vibration in the waveguide. Waveguide material has been chosen for efficient insulation of heat transferred in the waveguide, and the minimum length of the waveguide for protecting piezoelectric transducer has been estimated. Forced response of the longitudinal vibration in a uniform circular rod has been obtained and the length of the waveguide has been selected for maximum amplitude. Longitudinal vibration response of a conically-tapered rod excited at a natural frequency has been obtained to confirm that wave motion is amplified as the cross-sectional size of the waveguide decreases along the axial direction. The fact that dispersion of a pulse wave in a waveguide is reduced as the cross-sectional radius is decreased has been examined theoretically and confirmed experimentally by using a single-rod waveguide. A bundle-type waveguide has proven to be a practical one through the evaluation of the wave propagation performance.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.20
no.5
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pp.60-69
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2016
This paper presents a numerical investigation on kerosene-air mixture detonation and behaviors of thermal elasto-plstic thin metal tube under detonation loading based on multi-material analysis. The detonation loading is modeled by the kerosene-air mixture detonation which is compared with Chapman-Jouguet (C-J) condition and experimental cell size. To conform the elasto-plastic model, plastic and elastic behaviors are verified by Taylor impact and plate bending motion, respectively. The numerical results are compared with the theory on burst pressure of tube. The critical deformable thickness with the thermal softening considered is good agreement with the theoretical value.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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