Standard finite element wave propagation codes are useful for determining stresses caused by the impact of one body with another; however, their applicability to a laminated system such as architectural laminated glass is limited because the important interlayer delamination process caused by impact loading is difficult to model. This paper presents a method that allows traditional wave propagation codes to model the interlayer debonding of laminated architectural glass subject to low velocity, small missile impact such as that which occurs in severe windstorms. The method can be extended to any multilayered medium with adhesive bonding between the layers. Computational results of concern to architectural glazing designers are presented.
In the present study, the effect of geometrical parameters of two different types of aluminum thin-walled structures on energy absorption under three-bending impact loading has been investigated experimentally and numerically. To evaluate the effect of parameters on the specific energy absorption (SEA), initial peak crushing force (IPCF), and the maximum crushing distance (δ), a design of experiment technique (DOE) with response surface method (RSM) was applied. Four different thin-walled structures have been tested under the low-velocity impact, and then they have simulated by ABAQUS software. An acceptable consistency between the numerical and experimental results was obtained. In this study, statistical analysis has been performed on various parameters of three different types of tubes. In the first and the second statistical analysis, the dimensional parameters of the cross-section, the number of holes, and the dimensional parameter of holes were considered as the design variables. The diameter reduction rate and the number of sections with different diameters are related to the third statistical analysis. All design points of the statistical method have been simulated by the finite element package, ABAQUS/Explicit. The final result shows that the height and thickness of tubes were more effective than other geometrical parameters, and despite the fact that the deformations of the cylindrical tubes were around forty percent greater than the rectangular tubes, the top desirability was relevant to the cylindrical tubes with reduced cross-sections.
The importance of understanding the response of structural composites to impact and CAI cannot be overstated to develop analytical models for impact damage and CAI strength predictions. This paper presents experimental findings observed from quasi-static lateral load tests, low velocity impact tests, CAI strength and open hole compressive strength tests using 3mm thick composite plates ($[45/-45/0/90]_{3s}$ - IM7/8552). The conclusion is drawn that damage areas for both quasi-static lateral load and impact tests are similar and the curves of several drop weight impacts with varying energy levels (between 5.4 J and 18.7 J) fallow the static curve well. In addition, at a given energy the peak force is in good agreement between the static and impact cases. From the CAI strength and open hole compressive strength tests, it is identified that the failure behaviour of the specimens was very similar to that observed in laminated plates with open holes under compression loading. The residual strengths are in good agreement with the measured open hole compressive strengths, considering the impact damage site as an equivalent hole. The experimental findings suggest that simple analytical models for the prediction of impact damage area and CAI strength can be developed on the basis of the failure mechanism observed from the experimental tests.
The nonlinear numerical analysis of the impact response of reinforced concrete/mortar beam incorporated with the updated Lagrangian method, namely the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is carried out in this study. The analysis includes the simulation of the effects of high mass low velocity impact load falling on beam structures. Three material models to describe the localized failure of structural elements are: (1) linear pressure-sensitive yield criteria (Drucker-Prager type) in the pre-peak regime for the concrete/mortar meanwhile, the shear strain energy criterion (Von Mises) is applied for the steel reinforcement (2) nonlinear hardening law by means of modified linear Drucker-Prager envelope by employing the plane cap surface to simulate the irreversible plastic behavior of concrete/mortar (3) implementation of linear and nonlinear softening in tension and compression regions, respectively, to express the complex behavior of concrete material during short time loading condition. Validation upon existing experimental test results is conducted, from which the impact behavior of concrete beams are best described using the SPH model adopting an average velocity and erosion algorithm, where instability in terms of numerical fragmentation is reduced considerably.
This paper presents numerical and theoretical investigations on the strain rate in steel-concrete composite (SC) panels under low-velocity impact of a hemispherical rigid body. Finite element analyses were performed on five specimens with different loading rates. The impact energy was kept constant to eliminate its influence by simultaneously altering the velocity and mass of the projectile. Results show that the strain rate in most parts of the specimens was low and its influence on bearing capacity and energy dissipation was limited in an average sense of space and time. Therefore, the strain rate effect can be ignored for the analyses of global deformation. However, the strain rate effect should be considered in local contact problems. Equations of the local strain and strain rate were theoretically derived.
This paper focuses on the energy absorption of lattice core sandwich structures of different configurations. The diamond lattice unit cell, which has been extensively investigated for energy absorption applications, is the starting point for this research. The energy absorption behaviour of sandwich structures with an expanded metal sheet as the core is investigated at low-velocity impact loading. Numerical simulations were carried out using ABAQUS/EXPLICIT and the results were thoroughly compared with the experimental results, which indicated desirable accuracy. A parametric analysis, using a Box-Behnken design (BBD), as a method for the design of experiments (DOE), was performed. The samples fabricated in three levels of parameters include 0.081, 0.145, and 0.562 mm2 Cell sizes, and 0, 45, and 90-degree cell orientation, which were investigated. It was observed from experimental data that the angle of cells orientation had the highest degree of influence on the specific energy absorption. The results showed that the angle of cells orientation has been the most influential parameter to increase the peak forces. The results from using the design expert software showed the optimal specific energy absorption and peak force to be 1786 J/kg and 26314.4 N, respectively. The obtained R2 values and normal probability plots indicated a good agreement between the experimental results and those predicted by the model.
The extensive use of honeycomb sandwich structures has led to the need to understand and analyze their low velocity impact response. Commercially available finite element software provides a possible analysis tool for this type of problem, but the validity of their material properties models for honeycomb materials must be investigated. Three different problems that focus on the effect of differences in honeycomb material properties on static and dynamic response are presented and discussed. The first problem considered is a linear elastic static analysis of honeycomb sandwich beams. The second is a nonlinear elastic-plastic analysis of a circular honeycomb sandwich plate. The final problem is a dynamic analysis of circular honeycomb sandwich plates impacted by low velocity projectiles. Results are obtained using the ABAQUS final element code and compared against experimental results. The comparison indicates that currently available material properties models for honeycomb materials can be used to obtain a good approximation of the behavior of honeycomb sandwich structures under static and dynamic loading conditions.
This paper describes a damage accumulation mechanism in cross-ply CFRP laminates $[0_2/90_2]_{2S}$ subjected to out-of-plane loading. Drop-weight impact and static indentation tests were carried out, and induced damage was observed by ultrasonic C-scan and an optical microscope. Both tests gave essentially the same results for damage modes, sizes, and load-deformation history. First, a crack occurred in the bottom $0^{\circ}$ layer accompanying some delamination along the crack caused by bending stress. Then, transverse cracks occurred in the middle $90^{\circ}$ layer with decreasing contact force between the specimen and the indenter. Measured local strains near the impact point showed that the stress state changed from a bending dominant state to an in-plane tensile dominant state. A cohesive interface element was used to simulate the propagation of multiple delaminations and transverse cracks under static indentation. Two types of analytical models are considered, one with multiple delaminations and the other with both multiple delaminations and transverse cracks. The damage obtained for the model with only multiple delaminations was quite different from that obtained from the experiment. However, the results obtained from the model with both delaminations and transverse cracks well explain the characteristics of the damage obtained in the experiment. The existence of the transverse cracks is essential to form the characteristic impact damage.
본 논문에서는 충격하중과 잔류 에너지 등의 충격거동에 대한 영향을 확인하기 위하여 항복응력, 탄젠트 강성계수 및 파단 변형률을 변화시켰다. 그리고 섬유금속 적층판의 좌굴거동을 수치해석을 이용하여 수행하였다. 좌굴 성능을 비교하기 위하여 섬유금속 적층판과 알루미늄 판에 대해 인장 및 압축하중에 대한 여러 가지 경우의 해석을 수행하였다. 또한 정적 성능을 평가하기 위하여 박스 보 구조물의 정적해석을 수행하였다. 알루미늄 2024 박판과 유리섬유/에폭시 프리프레그로 만든 섬유금속 적층판에 대한 저속충격 해석을 수행하였다. 그리고 좌굴 및 정적해석 결과를 이용하여 섬유금속 적층판과 알루미늄의 성능을 비교하였다. 구조적 성능 비교를 위하여 동일한 무게의 알루미늄 2024 박판에 대한 해석을 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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