Numerical predictions of the negative phase

The field of blast protective design emerged in the late 1940s and focussed mainly on large scale (nuclear) explosive loading massive structures. In these situations, positive phase effects were seen to dominate and the negative phase could effectively be ignored. Recently, however, the threat has moved to smaller scale explosives and increasingly lightweight structures. Here, the negative phase becomes important, however despite this the negative phase is often overlooked. This research presents a numerical investigation on the negative phase, with a primary focus on an accurate numerical scheme for modelling the negative phase blast pressure. Numerical tests are performed on deformable targets to determine fully reflected blast parameters, with associated numerical modelling conducted using Abaqus/Explicit. Moreover, the failure modes are obtained for light-weight panel employing the Perzyna model for metallic materials. The computational methods are adapted for better representation of the negative phase, including mesh refinement strategies, modelling of the explosive event and accurate description of the air behaviour. The results herein can be used to inform blast resistant designers on how to accurately model negative phase effects

A theoretical analysis of the free axial vibration of non-local rods with fractional continuum mechanics

In this paper we present a theoretical analysis of free axial vibrations of rods described in terms of the fractional continuum mechanics. This formulation is able to capture the size effect arising in different problems of solid mechanics. The natural frequencies and modal shapes for clamped rods are obtained and the effects of the derivative order, as well as the corresponding length-scale parameters in the fractional model are discussed. The results are compared with those derived from the Eringen non-local elasticity theory, which is an approach widely used to model structures showing size effects

Field test and probabilistic analysis of irregular steel debris casualty risks from a person-borne improvised explosive device

Person-borne improvised explosive devices (PBIEDs) are often used in terrorist attacks in Western countries. This study aims to predict the trajectories of PBIED fragments and the subsequent safety risks for people exposed to this hazard. An explosive field test with a typical PBIED composed of a plastic explosive charge and steel nut enhancements was performed to record initial fragment behaviour, including positions, velocity, and trajectory angles. These data were used to predict the full trajectory of PBIED fragments using a probabilistic analysis. In the probabilistic analyses a probability of fatality or serious injury was computed. Based on the results presented, many practical conclusions can be drawn, for instance, regarding safe evacuation distances if a person were exposed to a suspected PBIED

On geometrical interpretation of the fractional strain concept

In this paper, for the first time, the geometrical interpretation of fractional strain tensor components is presented. In this sense, previous considerations by this author are shown in a new light. The fractional material and spatial line elements concept play a crucial role in the interpretation

A note on non-associated Drucker-Prager plastic flow in terms of fractional calculus

In this paper, we consider a special case of the general fractional plastic flow rule, namely the one which is equivalent to the classical non-associated Drucker-Prager (D-P) plasticity model. Fractional plastic flow is obtained from the classical flow rule by generalisation of the classical gradient of a plastic potential with a fractional gradient operator. It is important that, contrary to the classical models, non-associativity of fractional flow appears without introduction of the additional potential. The classical associative D-P plasticity is obtained as a special case. The discussion on objectivity of the fractional gradient is also presented also

Ograniczenia zastosowania Metody Elementów Skończonych w analizie numerycznej pola akustycznego

In the paper, we introduce information on limitations of the Finite Element Method in acoustic analysis. Difficulties that appear in acoustic analysis are mainly caused by the form of shape functions and sensitivities to boundaries, so we start with a short description of mathematical background. The propositions how to overcome and simplify those disadvantages are summarized and illustrated with a real application.W pracy przedstawiono ograniczenia zastosowania Metody Elementów Skończonych w analizie numerycznej pola akustycznego. Wykazano, iż trudności w ocenie rozkładu akustycznych pól ciśnień spowodowane są doborem funkcji kształtu, wrażliwością na warunki brzegowe oraz gęstością stosowanych siatek MES. Na bazie porównania symulacji numerycznych z przeprowadzonym eksperymentem pokazano, w jaki sposób można niektóre z tych ograniczeń pominąć oraz do jakiego stopnia można uprościć analizę akustyczną, przyjmując modele dwuwymiarowe

Analiza numeryczna ekranu akustycznego

This article presents the results of a numerical analysis of the road acoustic screen deterioration. Due to the fact that road noise barriers are located in an environment of very high corrosivity, the problem is the rusting of the metal cladding of component panels. The presented case study was, therefore, verified to fulfill the requirements presented in the Eurocode EN 1794-1. Static analysis for wind load and dynamic analysis for the load induced from vehicles was carried out. The analysis presented in the article proved the design errors and their contribution to the formation of severe corrosion, as well as demonstrating the importance of dynamic analysis in the design of acoustic screens.Drogowe ekrany akustyczne stosuje się jako ochronę przed hałasem powodowanym przez ruch samochodowy. Ze względu na bezpośrednie sąsiedztwo pasa drogowego, znajdują się one w środowisku o bardzo wysokiej korozyjności. Problemem jest więc korozja metalowych okładzin paneli akustycznych, w związku z tym podczas projektowania konstrukcji tego typu należy mieć na uwadze ograniczenie możliwości powstania korozji. W artykule zweryfikowano ekrany akustyczne zlokalizowane wzdłuż drogi ekspresowej, w których zaobserwowano silną korozję. Analizie podlegały ekrany akustyczne składające z paneli akustycznych w obudowie z aluminium. W pracy przedstawiono konstrukcję analizowanego ekranu oraz opracowano model numeryczny uwzględniający zaawansowany model panelu, w szczególności profilowany kształt, perforację blachy oraz rodzaj połączenia między okładziną i rdzeniem. Następnie przeprowadzono analizę statyczną dla obciążenia wiatrem oraz analizę dynamiczną dla obciążenia wywołanego przez pojazdy oraz sprawdzono spełnienie wymagań przedstawionych w normie EN 1794‑1 dla poszczególnych elementów składowych ekranu akustycznego. Uzyskane wyniki analiz porównano z wartościami dopuszczalnymi, wykazując nadmierne ugięcie słupów oraz w konsekwencji powstanie pomiędzy poszczególnymi panelami akustycznymi szczeliny wystarczającej do gromadzenia się czynników korozyjnych, w szczególności takich jak sól drogowa oraz piasek. Wykazano, że miejsca największego otwarcia styku pomiędzy panelami są zgodnie z miejscami występowania największej korozji analizowanych ekranów. Dodatkowo, przeprowadzone analizy dynamiczne ujawniły wzbudzenie postaci drgań mogącej się przyczynić do powstania korozji. Podsumowując, przedstawione w pracy wyniki wskazały błędy konstrukcyjne i ich wpływ na powstanie silnej korozji oraz znaczenie analizy dynamicznej w projektowaniu ekranów akustycznych

The analysis of non-linear free vibration of FGM nano-beams based on the conformable fractional non-local model

Continuum models generalized by fractional calculus are used in different mechanical problems. In this paper, by using the conformable fractional derivative (CFD) definition, a general form of Eringen non-local theory as a fractional non-local model (FNM) is formulated. It is then used to study the non-linear free vibration of a functional graded material (FGM) nano-beam in the presence of von-Kármán non-linearity. A numerical solution is obtained via Galerkin and multiple scale methods and effects of the integer and non-integer (fractional) order of stress gradient (in the non-local stress-strain relation) on the ratio of the non-local non-linear natural frequency to classical non-linear natural frequency of simply-supported (S-S) and clamped-free (C-F) FGM nano-beams are presented

Nowacki's double shear test in the framework of the anisotropic thermo-elasto-viscoplastic material model

In the paper, the numerical simulation of Nowacki's double shear test in the framework of recently proposed viscoplasticity theory for anisotropic solids is presented. The numerical analysis comprises the full spatial modelling and is carried out for the DH-36 steel sheet in adiabatic conditions (the analysis of anisotropic bodies can be led only on 3D models). During analyses, strain rates of order 104-107 s-1 are observed and the process time duration up to full damage (loss of continuity in the localisation zone) is around 150-300 žs. The novelty of the research is focused on the formulation that includes the anisotropy of the intrinsic microdamage process. Thus, it makes possible to obtain qualitatively and quantitatively new results compared with the existing models, like tracing the softening directions and better (closer to experiment) prediction of damage paths.W pracy przedstawiono numeryczne symulacje testu podwojnego ścinania, zaproponowanego przez prof. Nowackiego, w ramach sformułowania teorii lepkoplastyczności dla anizotropowych ciał stałych. Analizy numeryczne obejmują modele trójwymiarowe i są wykonane dla stali DH-36 w warunkach adiabatycznych (analiza ciał anizotropowych może być przeprowadzona wyłącznie na modelach trojwymiarowych). W trakcie analiz obserwuje się prędkości deformacji rzędu 104-107 s-1, a czas trwania procesu do całkowitego zerwania próbki (utraty ciągłości w strefie lokalizacji) jest z przedziału 150-300 žs. Oryginalność badań wynika z faktu uwzględnienia w definicji konstytutywnego modelu anizotropowego wewnętrznego procesu mikrouszkodzeń. W rezultacie, uzyskane wyniki dają jakościowo i ilościowo nowy obraz procesu, w szczegolności umożliwiają śledzenie kierunkow osłabienia oraz dokładniejsze (bliższe rezultatom eksperymentalnym) odwzorowanie ścieżki zniszczenia