Triceratops is one of the new generations of offshore compliant platforms suitable for ultra-deepwater applications. Apart from environmental loads, the offshore structures are also susceptible to accidental loads. Due to the increase in the risk of collision between ships and offshore platforms, the accurate prediction of structural response under impact loads becomes necessary. This paper presents the numerical investigations of the impact response of the buoyant leg of triceratops usually designed as an orthogonally stiffened cylindrical shell with stringers and ring frames. The impact analysis of buoyant leg with a rectangularly shaped indenter is carried out using ANSYS explicit analysis solver under different impact load cases. The results show that the shell deformation increases with the increase in impact load, and the ring stiffeners hinder the shell damage from spreading in the longitudinal direction. The response of triceratops is then obtained through hydrodynamic response analysis carried out using ANSYS AQWA. From the results, it is observed that the impact load on single buoyant leg causes periodic vibration in the deck in the surge and pitch degrees of freedom. Since the impact response of the structure is highly affected by the geometric and material properties, numerical studies are also carried out by varying the strain rate, and the location of the indenter and the results are discussed.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.6
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pp.726-734
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2008
While the structural safety assessment of Cargo Containment System(CCS) in membrane type LNG carriers has to be carried out in consideration of sloshing impact pressure, it is very difficult to figure out its dynamic response behaviors due to its very complex structural arrangements/materials and complicated phenomena of sloshing impact loading. For the development of its original technique, it is necessary to understand the characteristics of dynamic response behavior of CCS structure under sloshing impact pressure. In this study, for the exact understanding of dynamic response behavior of CCS structure in membrane Mark III type LNG carriers under sloshing impact pressure, its wet drop impact response analyses were carried out by using Fluid-Structure Interaction(FSI) analysis technique of LS-DYNA code, and were also validated through a series of wet drop experiments for the enhancement of more accurate shock response analysis technique. It might be thought that the structural response behaviors of impact response analysis, such as impact pressure impulses and resulted strain time histories, generally showed very good agreement with experimental ones with very appropriate use of FSI analysis technique of LS-DYNA code, finite element modeling and material properties of CCS structure, finite element modeling and equation of state(EOS) of fluid domain.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.12
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pp.2982-2994
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1993
Low-velocity impact responses of composite laminates are investigated using the finite element method based on various theories. In two-dimensional nonlinear analysis, a displacement field considering higher order shear deformation and large deflection of the laminate is assumed and a finite element formulation is developed using a C$^{o}$-continuous 9-node plate element. Also, three-dimensional linear analysis based on the infinitesimal strain-displacement assumptions is performed using 8-node brick elements with incompatible modes. A modified Hertzian contact law is incorporated into the finite element program to evaluate the impact force. In the time integration, the Newmark constant acceleration algorithm is used in conjuction with successive iterations within each time step. Numerical results from static analysis as well as the impact response analysis are presented including impact force histories, deflections, strains in the laminate. Impact responses according to two typical low-velocity impact conditions are compared each other.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.5
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pp.451-456
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2011
To ensure structural integrity of membrane type LNG tank, the rational assessment of the sloshing impact responses of tank structures should be preceded. The sloshing impact pressures acting on the insulation system of LNG tank are typical irregular loads and the resulting structural responses show very complex behaviors accompanied with fluid structure interaction. So it is not easy to estimate them accurately and immense time consuming calculation process would be necessary. In this research, a simplified method to analyse the dynamic structural responses of LNG tank insulation system under pressure time histories obtained by sloshing model test or numerical analysis was studied. The proposed technique based on the concept of linear combination of the triangular response functions which are the transient responses of structures under the unit triangular impact pressure acting on structures. The validity of suggested method was verified through the example calculations and applied to the dynamic structural response analysis of a real Mark III membrane type insulation system using the sloshing impact pressure time histories obtained by model test.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.10a
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pp.197-202
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2002
The most common failure of breakwater comes from impact wave pressure generated by intense storms. This impact pressure is 10 folds greater than the pressure generated by normal waves. Therefore, the precise knowledge of magnitude of impact wave pressure applied on breakwater and its structural response is crucial for the economical and safe design. However, presently, a precise analysis of breakwater is restricted by insufficient and incorrect consideration of the effect of soil-structure Interaction. 3 major research areas included in this study are (1) theoretical analysis of impact wave pressure, (2) selection of breakwater structure model (3) soil-structure interaction analysis using limit analysis computer program. Based on this analysis, predicted response of concrete breakwater and probable failure location under wave impact pressure are determined.
Nho, In Sik;Ki, Min-Seok;Kim, Sung-Chan;Lee, Jang Hyun;Kim, Yonghwan
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.31
no.5
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pp.357-363
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2017
The sloshing pressure acting on a membrane-type LNG CCS is a typical irregular impact load, and the structural response of a tank system induced by sloshing also shows very complex behavior, including fluid structure interaction. Therefore, it is not easy to accurately estimate the sloshing impact pressures and resulting structural response. Moreover, a huge time consuming process to deal with the enormous pressure data obtained during a model tank test and the following structural analysis would be inevitable. To reduce the computation time for structural analysis, in this study, a rational structural modeling strategy was considered, and a simplified scheme to analyze the dynamic structural responses of an LNG CCS was introduced, which was based on the concept of the linear combination of the triangular response functions obtained by a transient response analysis of structures under unit triangular impact pressure. A structural analysis of a real Mark III membrane type insulation system under the sloshing impact pressure time histories obtained by model tests was performed using the various proposed structural models and simplified analysis scheme. The results were investigated in detail, including the elastic support effects of the hull structure.
Constantopoulos, Ioannis V.;Van Wessem, Yukiko;Verbrugge, Jean-Claude
Earthquakes and Structures
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v.3
no.3_4
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pp.435-455
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2012
An impact on the ground surface may represent several phenomena, such as a crash of an airplane or an explosion or the passage of a train. In order to analyze and design structures and equipment to resist such a type of shocks, the response spectra for an impact on the ground must be given. We investigated the half-space motions due to impact using the finite element method. We performed extensive parametric analyses to define a suitable finite element model and arrive at displacement time histories and response spectra at varying distances from the impact point. The principal scope of our study has been to derive response spectra which: (a) provide insight and illustrate in detail the half-space response to an impact load, (b) can be readily used for the analysis of structures resting on a ground subjected to an impact and (c) are a new family of results for the impact problem and can serve as reference for future research.
Dynamic response analysis of offshore triceratops with stiffened buoyant legs under impact and non-impact waves is presented. Triceratops is relatively new-generation complaint platform being explored in the recent past for its suitability in ultra-deep waters. Buoyant legs support the deck through ball joints, which partially isolate the deck by not transferring rotation from legs to the deck. Buoyant legs are interconnected using equally spaced stiffeners, inducing more integral action in dispersing the encountered wave loads. Two typical nonlinear waves under very high sea state are used to simulate impact and non-impact waves. Parameters of JONSWAP spectrum are chosen to produce waves with high vertical and horizontal asymmetries. Impact waves are simulated by steep, front asymmetric waves while non-impact waves are simulated using Stokes nonlinear irregular waves. Based on the numerical analyses presented, it is seen that the platform experiences both steady state (springing) and transient response (ringing) of high amplitudes. Response of the deck shows significant reduction in rotational degrees-of-freedom due to isolation offered by ball joints. Weak-asymmetric waves, resulting in non-impact waves cause steady state response. Beat phenomenon is noticed in almost all degrees-of-freedom but values in sway, roll and yaw are considerably low as angle of incidence is zero degrees. Impact waves cause response in higher frequencies; bursting nature of pitch response is a clear manifestation of the effect of impact waves on buoyant legs. Non-impact waves cause response similar to that of a beating phenomenon in all active degrees-of-freedom, which otherwise would not be present under normal loading. Power spectral density plots show energy content of response for a wide bandwidth of frequencies, indicating an alarming behaviour apart from being highly nonlinear. Heave, being one of the stiff degrees-of-freedom is triggered under non-impact waves, which resulted in tether tension variation under non-impact waves as well. Reduced deck response aids functional requirements of triceratops even under impact and non-impact waves. Stiffened group of buoyant legs enable a monolithic behaviour, enhancing stiffness in vertical plane.
Ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) is a composite building material with high ductility, fatigue resistance, fracture toughness, durability, and energy absorption capacity. The aim of this study is to develop a nonlinear finite element model that can simulate the response of the UHPFRC beam exposed to impact loads. A nonlinear finite element model was developed in ABAQUS to simulate the real response of UHPFRC beams. The numerical results showed that the model was highly successful to capture the experimental results of selected beams from the literature. A parametric study was carried out to investigate the effects of reinforcement ratio and impact velocity on the response of the UHPFRC beam in terms of midpoint displacement, impact load value, and residual load-carrying capacity. In the parametric study, the nonlinear analysis was performed in two steps for 12 different finite element models. In the first step, dynamic analysis was performed to monitor the response of the UHPFRC beam under impact loads. In the second step, static analysis was conducted to determine the residual load-carrying capacity of the beams. The parametric study has shown that the reinforcement ratio and the impact velocity affect maximum and residual displacement value substantially.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.573-578
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2008
Finite element analysis of impact response of a motorcycle helmet is presented in this paper. The finite element LS-DYNA3D code is used to simulate the impact response of the helmet including of plastic shell, foam liner, and magnesium headform. Since the maximum accelerations at center of gravity of the headform obtained by numerical analysis and experiment agree well, the numerical simulation is proved to be valid.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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