A hat section was designed and developed for maximum impact energy absorption and/or transmission under low velocity impact. Towards this, different hat sections, having material properties of thermoplastic, were modeled and investigated numerically using finite element analysis (FEA) in the range of 20-50 J impact energy. In the study it was experienced that the design configuration of hat section with curvilinear profile (HSCP) was excellent in energy attenuation capacity and for even distribution of maximum impact force around and along the hat section under low velocity impact loading. To validate the numerical findings, polypropylene copolymer (Co-PP) HSCP and low density polyethylene (LDPE) HSCP were developed and evaluated experimentally in the said impact energy range. A correlation was established between FEA and experimental test results, thereby, validating a numerical model to predict results for other thermoplastic materials under given range of impact energy. The LDPE HSCP exhibited better performance as compared to Co-PP HSCP in the said range of impact energy. The findings of this study will enable the engineers and technologists to design and develop low velocity impact resistance devices for various applications including devices to protect bone joints.
In this study a computer program is developed for analyzing the elasto-plastic dynamic behaviors of the plate subjected to line-loading by a low-velocity impactor. The equilibrium equation associated with the Hertzian contact law is formulated to evaluate the transient dynamic behaviour of the impacted plate. Compared with an elastic analysis, the effects of material plasticity are presented. Consequently, in the case of elasto-plastic analysys, impulse decreases, displacements increase and contact time duration is longer than the elastic case for same finite element model. And the time variation of the impacting load is not significant due to the plasticity except at the beginning of impact duration, and the induced stresses of the plate are more realistic.
Sohel, K.M.A.;Richard Liew, J.Y.;Alwis, W.A.M.;Paramasivam, P.
Steel and Composite Structures
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제3권4호
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pp.289-306
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2003
A series of tests was conducted to study the behaviour of steel-composite sandwich beams under low velocity hard impact. Damage characteristic and performance of sandwich beams with different spacing of shear connector were evaluated under impact loading. Thin steel plates were used as top and bottom skins of the sandwich beams and plain concrete was used as the core material. Shear connectors were provided by welding of angle sections on steel plates. The sandwich beams were impacted at their midpoint by a hemi-spherical nose shaped projectile dropped from various heights. Strains on steel plates were measured to study the effects of impact velocity or impact momentum on the performance of sandwich beams. Spacing of shear connectors is found to have significant effects on the impact response of the beams.
In this paper, a study on low-velocity impact response of four different sandwich panels for the hybrid bodyshell and floor structure application of the Korean low floor bus vehicle was done. Square samples of 100mm sides were subjected low-velocity impact loading using an instrumented testing machine at six energy levels. Impact parameters like maximum force, time to maximum force, deflection at maximum force and absorbed energy were evaluated and compared for four different types of sandwich panels. The impact damage size and depth of the permanent indentation were measured by 3-Dimensional Scanner. Failure modes were studied by sectioning the specimens and observed under optical microscope. The impact test results show that sandwich panel with composite laminate facesheet could not observe damage mode of a permanent visible indentation after impact and has a good impact damage resistance in comparison with sandwich panel with metal aluminum facesheet.
The potential hazards resulting from a low-velocity impact(bird-strike, tool drop, runway debris, etc.) on aircraft structures, such as engine nacelle or leading edges has been a long-term concern to the aircraft industry. Certification authorities require that exposed aircraft components must be tested to prove their capability to withstand low-velocity impact without suffering critical damage. In most of the past research studies unloaded specimens have been used for impact tests, however, in reality it is much more likely that a composite structure is exposed to a certain stress state when it is being impacted, which can have a significant effect on the impact performance. And the radiated impact sound induced by impact is analyzed for the damage detection evaluation. In this study, an investigation was undertaken to evaluate the effect in-plane loading on the impact force and sound of composite laminates numerically.
Structural members commonly employed in marine and off-shore structures are usually fabricated from plates and shells. Collision of this class of structures is usually modeled as plate and shell structures subjected to dynamic impact loading. The understanding of the dynamic response and energy transmission of the structures subjected to low velocity impact is useful for the efficient design of this type of structures. The transmissions of transient energy flow and dynamic transient response of these structures under low velocity impact are presented in the paper. The structural intensity approach is adopted to study the elastic transient dynamic characteristics of the plate structures under low velocity impact. The nine-node degenerated shell elements are adopted to model both the target and impactor in the dynamic impact response analysis. The structural intensity streamline representation is introduced to interpret energy flow paths for transient dynamic response of the structures. Numerical results, including contact force and transient energy flow vectors as well as structural intensity stream lines, demonstrate the efficiency of the present approach and attenuating impact effects on this type of structures.
Impact damages induced by a low-velocity impact load on carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite plates fabricated with various stacking sequences were studied experimentally. The impact responses of the CFRP composite plates were significantly affected by the laminate stacking sequences. Three types of specimens, specifically quasi-isotropic, unidirectional, and cross-ply, were tested by a constant impact carrying the same impact energy level. An impact load of 3.44 kg, corresponding to 23.62 J, was applied to the center of each plate supported at the boundaries. The unidirectional composite plate showed the worst impact resistance and broke completely into two parts; this was followed by the quasi-isotropic lay-up plate that was perforated by the impact. The cross-ply composite plate exhibited the best resistance to the low-velocity impact load; in this case, the impactor bounced back. Impact parameters such as the peak impact force and absorbed energy were evaluated and compared for the impact resistant characterization of the composites made by different stacking sequences.
In this paper, the low velocity response of four different sandwich panels with metal and laminate composite facesheets has been investigated by conducting drop-weight impact tests using an instrumented falling-weight impact tower. Square samples of 100mm sides were subjected low-velocity impact loading using an instrumented testing machine at six energy levels. Impact parameters like maximum force, time to maximum force, deflection at maximum force and absorbed energy were evaluated and compared for four different types of sandwich panels. The impact test results show that sandwich panel with composite laminate facesheet could not observe damage mode of a permanent visible indentation after impact and has a good impact damage resistance in comparison with sandwich panel with metal aluminum facesheet.
Reinforced concrete (RC) columns which are the main vertical structural members are exposed to several static and dynamic effects such as earthquake and wind. However, impact loading that is sudden impulsive dynamic one is the most effective loading type acting on the RC columns. Impact load is a kind of impulsive dynamic load which is ignored in the design process of RC columns like other structural members. The behavior of reinforced concrete columns under impact loading is an area of research that is still not well understood; however, work in this area continues to be motivated by a broad range of applications. Examples include reinforced concrete structures designed to resist accidental loading scenarios such as falling rock impact; vehicle or ship collisions with buildings, bridges, or offshore facilities; and structures that are used in high-threat or high-hazard applications, such as military fortification structures or nuclear facilities. In this study, free weight falling test setup is developed to investigate the behavior effects on RC columns under impact loading. For this purpose, eight RC column test specimens with 1/3 scale are manufactured. While drop height and mass of the striker are constant, application point of impact loading, stirrup spacing and concrete compression strength are the experimental variables. The time-history of the impact force, the accelerations of two points and the displacement of columns were measured. The crack patterns of RC columns are also observed. In the light of experimental results, low-velocity impact behavior of RC columns were determined and interpreted. Besides, the finite element models of RC columns are generated using ABAQUS software. It is found out that proposed finite element model could be used for evaluation of dynamic responses of RC columns subjected to low-velocity impact load.
Carbon/epoxy composite(CFRP) coupons previously damaged by low velocity impact were tested under static tensile loading and microscope progress of damage was characterized by ultrasonic C-scan, Scanning Acoustic Microscopy (SAM) and Acoustic Emission(AE) techniques which were based on the application of elastic waves. The degress of impact damage has been correlated with the AE activity during monotonic or loading/unloading tensile testing as well as the result of ultrasonic test. The coupons were subjected to impact velocities ranged from 0.71 to 2.17 m/sec, which introduced the amount of damage rated as 0%, 10%, 30%, and 50% with reference to the total absorbed energy at fracture. Special attention was paid to determine optimal AE parameters to characterize the microscopic fracture process and to predict the residual strength of composite laminates. AE RMS voltage during the early stage of tensile loading was found an effective parameter to quantify the degree of impact damage. It was also found that the Felicity ratio is closely related to the stacking sequence and the residual strength of the CFRP laminates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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