Concrete which is a composite material is frequently used in construction works. Properties and behavior of concrete are significant under the effect of different loading cases. Impact loading which is a sudden dynamic one may have destructive effects on structures. Testing apparatuses are designed to investigate the impact effect on test members. Artificial Neural Network (ANN) is a computational model that is inspired by the structure or functional aspects of biological neural networks. It can be defined as an emulation of biological neural system. In this study, impact parameters as acceleration and impact force values of a reinforced concrete slab are obtained by using a testing apparatus and essential test devices. Afterwards, ANN analysis which is used to model different physical dynamic processes depending on several variables is performed in the numerical part of the study. Finally, test and predicted results are compared and it's seen that ANN analysis is an alternative way to predict the results successfully.
In this study, the property against low velocity of the compesite material, which will be applied a rail vehicle, is shown using experiment and a finite element code. The property can be denoted the resistance of impact force, which is defined by maximum impact force over damage area. A damage propagation model is necessary to estimate accurately the impact property of a composite material through FEM code.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.1
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pp.175-183
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2022
The collision between a ship and bridge across a waterway may result in extremely serious consequences that may endanger the safety of life and property. Therefore, factors affecting ship bridge collision must be investigated, and the impact force should be discussed based on various collision conditions. In this study, a finite element model of ship bridge collision is established, and the peak impact force of a ship bridge collision based on 50 operating conditions combined with three input parameters, i.e., ship loading condition, ship speed, and ship bridge collision angle, is calculated via numerical simulation. Using neural network models trained with the numerical simulation results, the prediction model of the peak impact force of ship bridge collision involving an extremely short calculation time on the order of milliseconds is established. The neural network models used in this study are the basic backpropagation neural network model and Elman neural network model, which can manage temporal information. The accuracy of the neural network models is verified using 10 test samples based on the operating conditions. Results of a verification test show that the Elman neural network model performs better than the backpropagation neural network model, with a mean relative error of 4.566% and relative errors of less than 5% in 8 among 10 test cases. The trained neural network can yield a reliable ship bridge collision force instantaneously only when the required parameters are specified and a nonlinear finite element solution process is not required. The proposed model can be used to predict whether a catastrophic collision will occur during ship navigation, and thus hence the safety of crew operating the ship.
Lee Young-Shin;Lee Jang-Won;Choi Young-Jin;Chae Je-Wook;Choi Eui-Jung;Kim In-Woo
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.7
s.184
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pp.159-167
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2006
The impact time history of human body with K2 rifle on stand shooting posture is analyzed and compared with experimental results. Analysis model is Korean 50% tile of twenties and height, weight is 174 cm, 62 kgf respectively. The muscle and bone human model of Korean man's twenties 50% tile is applied. ADAMS program is used for kinematic analysis and human model is developed by Life Mod program. The effect of the ground support condition, grip position and human weight factor are studied. Maximum impact force of shoulder is 784 N. The horizontal displacement of K2 rifle muzzle is 2.9 cm.
To investigate numerically the effect of all parameters on the outcome of an aircraft impact into robust engineering structures like nuclear power plant containments is a tedious task. In order to reduce the problem to a manageable size, we propose a single dimensionless parameter, the damage potential, to characterize the main features of the impact. The damage potential, which is the ratio of the initial kinetic energy of the aircraft to the work required to crush it, enables us to find the crucial parameter settings that need to be modelled numerically in detail. We show in this paper that the damage potential is indeed the most important parameter of the impact that determines the time-dependent reaction force when either finite element (FE) modelling or the Riera model is applied. We find that parameters that do not alter the damage potential, like elasticity of the target, are of secondary importance and if parameters are altered in a way that the damage potential remains the same then the course of the impact remains similar. We show, however, that the maximum value of the reaction force can be higher in case of elastic targets than in case of rigid targets due to the vibration of the target. The difference between the Riera and FE model results is also found to depend on the damage potential.
Luo, Jijun;Lv, Meng;Hou, Suxia;Nasihatgozar, Mohsen;Behshad, Amir
Advances in nano research
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v.13
no.4
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pp.369-378
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2022
Dynamic study of concrete plates under impact load is presented in this article. The main objective of this work is presenting a mathematical model for the concrete plates under the impact load. The concrete plate is reinforced by carbon nanoparticles which the effective material proprieties are obtained by mixture's rule. Impacts are assumed to occur normally over the top layer of the plate and the interaction between the impactor and the structure is simulated using a new equivalent three-degree-of-freedom (TDOF) spring-mass-damper (SMD) model. The structure is assumed viscoelastic based on Kelvin-Voigt model. Based on the classical plate theory (CPT), energy method and Hamilton's principle, the motion equations are derived. Applying DQM, the dynamic deflection and contact force of the structure are calculated numerically so that the effects of mass, velocity and height of the impactor, volume percent of nanoparticles, structural damping and geometrical parameters of structure are shown on the dynamic deflection and contact force. Results show that considering structural damping leads to lower dynamic deflection and contact force. In addition, increasing the volume percent of nanoparticles yields to decreases in the deflection.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.11
no.1
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pp.58-66
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2005
Usual human gait can be modeled as continual impact phenomenon that happens due to the topological change of the kinematic structure of the two feet. The human being adapts his own control algorithm to minimize the ill effect due to the collision with the environment. In order to operate a Humanoid robot like the human being, it is necessary to understand the physics of the impact and to derive an analytical model of the impact. In this paper, specially, we focus on impact analysis of the kicking motion in playing soccer. At the instant of impact, the external impulse exerted on the ball by the foot is an important property. Initially, we introduce the complete external impulse model of the lower-extremity of the human body and analyze the external impulses for several kicking postures of the lower-extremity. Secondly, a trajectory-planning algorithm of a ball, in which the initial velocity and the launch angle of the ball are calculated for a desired trajectory of the ball, will be introduced. The aerodynamic effect such as drag force and lift force is also considered. We carry out numerical simulation and experimentation to verify the effectiveness of the proposed analytical methodology.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.12
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pp.3185-3194
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1994
In this study, an impact model and impact response analysis method was suggested for the impacts between arbitrary shaped bodies. Unlike the impacts between geometrically simple structures, there is no rules to analyze the impacts between general elastic structures First of all, it has been attempted to explain the impoot between arbitrary elastic structures as the elastic deformation of a virtual contact spring in the vicinity of contact points. The contact stiffness and the exponent are determined from the Hertz's contact theory and F. E. analysis. In order to evaluate the validities and limitations of the proposed methods, an impact tester and the miniature of container, missile and isolators have been provided and tested experimentally. All the experiments were performed with various impact conditions. The results obtained by the proposed methods were directly compared with the measured values in terms of maximum contract force, contact duration, the shape of contact force and the structure responses. The computed contact force and responses, using this proposed methods, were very close to the measured results, unless any plastic deformations were presented.
Tubes in heat exchanger of fuel rods in reactor core are supported at intemediate point by support p0lates or springs. Current practice is, in case of heat exchanger, to allow clearance between tube and support plate for design and manufacturing consideration. And in case of fuel rod the clearance in support point can be generated due to the support spring force relaxation. Flow-induced vibration of a tube can cause it to impact or rub against support plate or against adjacent tubes and can result in fretting-wear. The tube-to- support dynamic interaction is used to relate experimental wear data from single-span test rigs to real multi-span heat exchanger configurations. The dynamic interaction cna be measured during experimental wear tests. However, the dynamic interaction is difficult to measure in real heat exchangers and, therefore, analytical techniques are required to estimate this interaction. This paper describels the nonlinear impact model of DAGS(Dynamic Analysis of Gapped Structure) code which simulates the tube response to external sinusodial or step excitation and predicts tube motion and tube-to-support dynamic interaction. Three experimental measurements-two single span rods excited by sinusodial force and a two span rod impacted by a steel ball are compared from the simulation nonlinear model of DAGS code. The simulation results from DAGS code are in good agreement with measurements. Therefore, the developed model of DAGS code is good analytical tool for estimating tube-to-support dynamic interaction in real heat exchangers.
On this study, to develop the impact absorbing system for spreader, we operated the dynamic response for models of three types consisting of spring and oil damper by the finite element analysis. Also, in the three types of impact absorbing system, we set the restricted stroke of piston to the static variables and the optimum design was operated to have the minimum value of the reaction force for the impact. As the result, the direct model of two degree of freedom system has lowest value, the model of one degree of freedom system has higher value than that and the parallel model of two degree of freedom system has the highest value. And we studied the effect that the change of spring constant and damping coefficient affect to the reaction force and as the result of the optimum design, we found that reaction force has the lowest value in the each of models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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