International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.2
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pp.135-148
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2017
Topside areas on an offshore oil and gas platform are highly susceptible to explosion. A blast wall on these areas plays an important role in preventing explosion damage and must withstand the expected explosion loads. The uniformly distributed loading condition, predicted by Explosion Risk Analyses (ERAs), has been applied in most of the previous analysis methods. However, analysis methods related to load conditions are inaccurate because the blast overpressure around the wall tends to be of low-level in the open area and high-level in the enclosed area. The main objectives of this paper are to study the effects of applying different load applications and compare the dynamic responses of the blast wall. To do so, various kinds of blast pressures were measured by Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations on the target area. Nonlinear finite element analyses of the blast wall under two types of identified dynamic loadings were also conducted.
Kang, Joo-Won;Jo, Eunsun;Kim, Min Sook;Lee, Young Hak
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.15
no.1
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pp.95-102
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2015
The purpose of this study is to establish and examine the analytical methods based on FEA to predict the behavior of the precast prestressed concrete panels under blast loading. The precast prestressed concrete structures are on the rise, but there is little research in this regard explosion. In this paper, we set the variable to the three models. TNT 500 kg was an explosion in the standoff-distance 3m. In conclusion, the precast models damage was concentrated in the bonded portion. The concrete panels after an explosion occurred continuously deformed. But the including prestressed panels deformation occurs only at the beginning of the explosion were able to see the results.
Survivability improvement method for naval ship design has been continually developed. In order to design naval ships considering survivability, it is demanded that designers should establish reasonable damage conditions by air explosion. Explosion may induce local damage as well as global collapse to the ship. Therefore possible damage conditions should be realistically estimated in the design stage. In this study the authors used ALE technique, one of the structure-fluid interaction techniques, to simulate air explosion and investigated survival capability of damaged naval ships. Lagrangian-Eulerian coupling algorithm, equation of the state for explosive and air, and simple calculation method for explosive loading were also reviewed. It is shown that air explosion analysis using ALE technique can evaluate structural damage after being attacked. This procedure can be applied to the real structural design quantitatively by calculating surviving time and probability.
In this paper, in order to explain the splitting of cylindrical rock specimen under uniaxial loading, cracks in cylindrical rock specimen are divided into two kinds, the longitudinal crack and the slanting crack. Mechanical behavior of the rock is described by elastic-brittle-plastic model and splitting is assumed to suddenly occur when the uniaxial compressive strength is reached. Expression of the stresses induced by the longitudinal crack in direction perpendicular to the major axis of the crack is deduced by using the Maxwell model. Results show that the induced stress is tensile and can be greater than the tensile strength even before the uniaxial compressive strength is reached. By using the Inglis's formula and simplifying the cracks as slender ellipse, the above conclusions that drawn by using the Maxwell model are confirmed. Compared to shearing fracture, energy consumption of splitting seems to be less, and splitting is most likely to occur when the uniaxial loading is great and quick. Besides, explaining the rock core disking occurred under the fast axial unloading by using the Maxwell model may be helpful for understanding that rock core disking is fundamentally a tensile failure phenomenon.
Concrete construction, one of the oldest building practices, is commonly used in all parts of the world. Concrete is the primary building material for both residential and commercial constructions. The challenge of protecting the buildings, hence nation, against the attack of terrorism has raised the importance to explore the understanding of building materials against the explosion. In this research, a security check-post (reinforced concrete frame filled with plain cement concrete) has been chosen to study the behavior of structural elements under blast loading. Eight nitroglycerines-based dynamite blasts with varying amounts of explosive charge, up to 17 kg weight has been carried out at various scale distances. Pressure and acceleration time history records are measured using blast measuring instruments. Security check post after being exposed by explosive loading are photographed to view cracking/failure patterns on the structural elements. It is noted that with the increase of quantity of explosive, the dimensions of spalling and crack patterns increase on the front panels. Simple empirical analyses are conducted using ConWep and other design manuals such as UFC 3-340-02 (2008) and AASTP-1 (2010) for the purpose of comparison of blast parameters with the experimental records. The results of experimental workings are also compared with earlier researchers to check the compatibility of developed equations. It is believed that the current study presents the simple and preliminary procedure for calculating the air blast and ground shock parameters on the structures exposed to blast explosion.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.2
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pp.197-205
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2015
Offshore structures for the gas production are exposed to the risk of gas leaks, and gas explosions can result in fatal damages to the primary structures as well as secondary structures. To minimize the damage from the critical accidents, the study of the dynamic response of structural members subjected to blast loads must be conducted. Furthermore, structural dynamic analysis has to be performed considering relationships between the natural frequency of structural members and time duration of the explosion loading because the explosion pressure tends to increase and dissipate within an extremely short time. In this paper, the numerical model based on time history data were proposed considering the negative phase pressure in which considerable negative phase pressures were observed in CFD analyses of gas explosions. The undamped single degree of freedom(SDOF) model was used to characterize the dynamic response under the blast loading. A blast wall of FPSO topside was considered as an essential structure in which the wall prevents explosion pressures from the process area to utility and working areas. From linear/nonlinear transient analyses using LS-DYNA, it was observed that dynamic responses of structures were influenced by significantly the negative time duration.
Targeted introduction of explosion-resisting and energy-absorbing materials and optimization of explosion-resisting composite structural styles in underground engineering are the most important measures for modern engineering protection. They could also improve the survivability of underground engineering in wartime. In order to test explosion-resisting and energy-absorbing effects of high-performance equal-sized-aggregate (HPESA) concrete, the explosive loading tests were conducted on HPESA concrete composite plates by field simple explosion craters. Time-history curves of the explosion pressure at the interfaces were obtained under six conditions with different explosion ranges and different thicknesses of the HPESA concrete plate. Test results show that under the same explosion range, composite plate structures with different thicknesses of the HPESA concrete plate differ significantly in terms of the wave-absorbing ability. Under the three thicknesses in the tests, the wave-absorbing ability is enhanced with the growing thickness and the maximum pressure attenuation index reaches 83.4%. The energy attenuation coefficient of the HPESA concrete plate under different conditions was regressively fitted. The natural logarithm relations between the interlayer plate thickness and the energy attenuation coefficient under the two explosion ranges were attained.
Today, buildings are exposed to the effects such as explosion and impact loads. Usually, explosion and impact loads that act on the buildings such as nuclear power plants, airports, defense industry and military facilities, can occur occasionally on the normal buildings because of some reasons like drop weight impacts, natural gas system explosions, and terrorist attacks. Therefore, it has become important to examine the behavior of reinforced concrete (RC) structures under impact loading. Development of computational mechanics has facilitated the modeling of such load conditions. In this study, three kinds of RC walls that have different geometric forms (square, ellipse, and circle) and used in guardhouses with same usage area were modeled with Abaqus finite element software. The three configurations were subjected to the same impact energy to determine the geometric form that gives the best behavior under the impact loading. As a result of the analyses, the transverse impact forces and failure modes of RC walls under impact loading were obtained. Circular formed (CF) reinforced concrete wall which has same impact resistance in each direction had more advantages. Nonetheless, in the case of the impact loading occurring in the major axis direction of the ellipse (EF-1), the elliptical formed reinforced concrete wall has higher impact resistance.
An underground explosion crests shock waves, which propagate to a buried structure through the이 ground. Due to the explosion, very high stresses and large deformation occur in the ground so that the shock waves decay gradually. In this study the numerical simulation of the ground shock attenuation has teen performed. One dimensional wave equation is presented and the finite difference method is applies. A Cap model is adopted to describe the stress-strain behavior of the ground. The results are expressed by the attenuation of the peak stress and the particle vrelocity by the time and the distance.
Kim, Oon-Young;Lee, Myung-Jae;Kim, Min-Seok;Kim, Joon-Youp;Joo, Hyo-Joon
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.5
no.1
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pp.55-70
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2003
Ammunition magazine, which is installed on the ground, has difficulty in protecting from the external attack, and accidental explosion should cause great damage to the life and property. For these reasons, it is needed to develop underground magazine that it has the advantages of safety, security and maintenance. This paper introduce the design case for blasting facilities, which should resist blasting pressure, as well as layout of underground magazine, which takes a safety for explosion and a working space of loading/unloading machine into consideration. On the layout, in case of ${\bigcirc}{\bigcirc}$ underground magazine, put three storage chambers in position almost parallel with principle stress direction, where less effected on discontinuity and hard rock area. Also, secured safe distance according to safety criteria of the Defense Ministry, and verified suitable layout by trace simulation for loading/unloading machine on working stage. Blasting design was performed on evaluation of maximum blast pressure between donar and acceptor chambers, and design condition for blast door, valve, etc. Diminution facilities against explosion, such as thrust block or debris trap, determined its size after plan in accordance with blasting criteria and calculation by structural analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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