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Comparison of Experimental and Computer Modeling of Snow-Block Impact on Structures

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

Lorraine B. Mead
Affiliation:
Department of Civil Engineering and Engineering Mechanics, Montana State University, Bozeman, Montana 59717-0007, U.S.A.
Hideomi Nakamura
Affiliation:
National Research Center for Disaster Prevention, Shinjo, Japan
Theodore E. Lang
Affiliation:
Department of Civil Engineering and Engineering Mechanics, Montana State University, Bozeman, Montana 59717-0007, U.S.A.
Jimmie D. Dent
Affiliation:
Department of Civil Engineering and Engineering Mechanics, Montana State University, Bozeman, Montana 59717-0007, U.S.A.
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Abstract

Data from experimental tests of snow-block impact against vertical barriers are used to establish values of parameters in order to computer-model the impact mechanics. The results show that total impulse, impact force, and duration of impact can be modeled by accurate specification of the kinematic viscosity in the fluid representation. In modeling the highly transient impact, kinematic viscosity of the material is determined to vary linearly with the impact velocity. This non-physical condition is attributed to lack of accountability of compressibility effects in the computer model, and reduces modeling to an empirical approach. A biviscous modeling of the impact process is in near correspondence to linear viscous modeling, due to dominant importance of block momentum on impact rather than fluidity of material in the impact region.

Résumé

Résumé

Des impacts expérimentaux de blocs de neige sur des barrières verticales ont été utilisés pour établir les paramètres d’un modèle d’ordinateur simulant la mécanique des impacts. Les résultats montrent que la poussée totale, la force et la durée de l’impact peuvent être modélisées par des spécifications précises de la viscosité cinématique dans le fluide représenté. En modélisant l’impact instantané, on constate que la vitesse de l’impact varie linéairement avec la viscosité cinématique du matériel. Cette condition non-physique est attribuée au défaut de prise en compte des effets de compressibilité dans le modèle d’ordinateur, et réduit la modélisation à une approche empirique. Une modélisation bivisqueuse de processus d’impact est en correspondance proche avec une modélisation visqueuse linéaire, en raison de l’importance dominante du moment du bloc sur l’impact par rapport à la fluidité du matériel dans la région de l’impact.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Werte aus experimentellen Untersuchungen des Aufpralls von Schneeblöcken auf vertikale Hindernisse wurden zur Ableitung von Parametern für ein Computer-Modell des Aufprallmechanismus herangezogen. Die Ergebnisse zeigen, dass der Gesamtimpuls, die Aufprallkraft und -dauer durch genaue Spezifizierung der kinematischen Viskosität in der Darstellung als Flüssigkeit modelliert werden können. Bei der Modellierung des äusserst flüchtigen Aufprallvorganges wird davon ausgegangen, dass die kinematische Viskosität des Materials sich liear mit der Aufprallgeschwindigkeit ändert. Diese nicht-physikalische Bedingung geht zu Lasten des Fehlers eines Ausdrucks für die Wirkung der Komprimierbarkeit im Computer-Modell und beschränkt die Modellierung auf eine empirische Näherung. Ein biviskoses Modell des AufprallVorganges kommt dem linear viskosen sehr nahe, vor allem wegen der beherrschenden Bedeutung des Blockmoments beim Aufprall gegenüber dem flüssigen Zustand des Materials in der Aufprallzone.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1986
Figure 0

Fig. 1. Roof and vertical barrier geometry and dimensions.

Figure 1

Fig. 2. (a) Physical, and (b) computer-simulated impact of a snow block against a vertical barrier.

Figure 2

Table I. Experimental Snow-Block Impact Data

Figure 3

Fig. 3. Normal impact force versus time, case I.

Figure 4

Fig. 4. Normal impact force versus time, case II.

Figure 5

Fig. 5. Normal impact force versus time, case III.

Figure 6

Fig. 6. Variation in kinematic viscosity versus normal component of the block-impact velocity.

Figure 7

Table II. Experimental and Computed Total Impulse