The split Hopkinson pressure bar has been used for a high strain rate impact test. Also it has been developed and modified for compression, shear, tension, elevated temperature and subzero tests. In this paper, SHPB compression tests have been performed with pure titanium at elevated temperatures. The range of temperature is from room temperature to $1000^{\circ}C$ with interval of $200^{\circ}C$. To raise temperature of the specimen, a radiant heater which is composed of a pair of ellipsoidal cavities and halogen lamps is developed at high temperature SHPB test. There are some difficulties in a high temperature test such as temperature gradient, lubrication and prevention of oxidation of specimen. The temperature gradient of specimen is affected by the variation of temperature. Barreling occurred at not properly lubricated specimen. Stress-strain relations of pure titanium have been obtained in the range of strain rate at $1900/sec{\sim}2000/sec$ and temperature at $25^{\circ}C{\sim}1000^{\circ}C$.
TiC ceramic particulate-reinforced titanium matrix composites were fabricated and the resultant densification, microstructure, and static and dynamic mechanical properties were studied. Comparing Ti with TiH₂powders as host materials for TiC ceramic reinforcement by pressureless vacuum sintering, TiH₂-started composites showed better sinterability and resistance to both elastic and plastic deformation than Ti-started ones. When TiH₂and TiH₂-45 vol.%TiC samples were hot pressed, TiH₂matrices transformed to alpha prime Ti and alpha Ti phase, respectively. It is interpreted that the diffusion of an alpha stabilizer carbon from TiC into the matrix is one of the plausible reasons far such a microstructural difference. The 0.2% offset yield strengths of the hot pressed TiH₂and TiH₂-45 vol.%TiC samples were 1008 and 1446 MPa, respectively, in a static compressive mode (strain rate of 1×$10^{-3}$/s). Dynamic compressive strengths of the samples were 1600 and 2060 MPa, respectively, at a strain rate of 4×10³/s.
Experimental study of the deterioration of high-temperature rock subjected to rapid cooling is essential for thermal engineering applications. To evaluate the influence of thermal shock on heated granite with different temperatures, laboratory tests were conducted to record the changes in the physical properties of granite specimens and the dynamic mechanical characteristics of granite after rapid cooling were experimentally investigated by using a split Hopkinson pressure bar (SHPB). The results indicate that there are threshold temperatures ($500-600^{\circ}C$) for variations in density, porosity, and P-wave velocity of granite with increasing treatment temperature. The stress-strain curves of $500-1000^{\circ}C$ show the brittle-plastic transition of tested granite specimens. It was also found that in the temperature range of $200-400^{\circ}C$, the through-cracks induced by rapid cooling have a decisive influence on the failure pattern of rock specimens under dynamic load. Moreover, the increase of crack density due to higher treatment temperature will result in the dilution of thermal shock effect for the rocks at temperatures above $500^{\circ}C$. Eventually, a fitting formula was established to relate the dynamic peak strength of pretreated granite to the crack density, which is the exponential function.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.5
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pp.939-951
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2002
We propose a new multiscale Galerkin method based on interpolation wavelets for two-dimensional Poisson's and plane elasticity problems. The major contributions of the present work are: 1) full multiresolution numerical analysis is carried out, 2) general boundaries are handled by a fictitious domain method without using a penalty term or the Lagrange multiplier, 3) no special integration rule is necessary unlike in the (bi-)orthogonal wavelet-based methods, and 4) an efficient adaptive scheme is easy to incorporate. Several benchmark-type problems are considered to show the effectiveness and the potentials of the present approach. is 1-2m/s and impact deformation of the electrode depends on the strain rate at that velocity, the dynamic behavior of the sinter-forged Cu-Cr is a key to investigate the impact characteristics of the electrodes. The dynamic response of the material at the high strain rate is obtained from the split Hopkinson pressure bar test using disc-type specimens. Experimental results from both quasi-static and dynamic compressive tests are Interpolated to construct the Johnson-Cook model as the constitutive relation that should be applied to simulation of the dynamic behavior of the electrodes. The impact characteristics of a vacuum interrupter are investigated with computer simulations by changing the value of five parameters such as the initial velocity of a movable electrode, the added mass of a movable electrode, the wipe spring constant, initial offset of a wipe spring and the virtual fixed spring constant.
The Hydraulically driven test system and ${\Phi}100mm$ split Hopkinson pressure bar(SHPB) test device were employed to research the quasi-static and dynamic mechanical properties of concrete specimens which has been immersed for 60 days in sodium sulfate (group S1) and sodium chloride (group S2) solution, the evolution of their mass during corrosive period was explored at the same time, and the mechanism of performances lost was analyzed from the microscopic level by using scanning electron microscope. Results of the experimental indicated that: their law of mass both presents the trend of continuous rising during corrosive period, and it increases rapidly on the early days, the mass growth of group S1 and group S2 in first 7 days are 76.78% and 82.82% of their total increment respectively; during the corrosive period, the quasi-static compressive strength of specimens in two groups are significantly decreased, both of which present the trend of increase first and then decrease, the maximum growth rate of group S1 and group S2 are 7.52% and 12.71% respectively, but they are only 76.23% and 82.84% of specimens which under normal environment (group N) on day 60; after immersed for 60 days, there were different decrease to dynamic compressive strength and specific energy absorption, and so as their strain rate sensitivities. So the high salinity environment has a significant effect of weaken the quasi-static and dynamic mechanical performance of concrete.
Annually, the global production of construction aggregates reaches over 40 billion tons, making aggregates the largest mining sector by volume and value. Currently, the aggregate industry is shifting from sand to hard rock as a result of legislation limiting the extraction of natural sands and gravels. A major implication of this change in the aggregate industry is the need for understanding rock fragmentation and energy absorption to produce more cost-effective aggregates. In this paper, we focused on incorporating dynamic rock and soil mechanics to understand the effects of loading rate and water saturation on the rock fragmentation and energy absorption of three different sandstones (Red, Berea and Buff) with different pore sizes. Rock core samples were prepared in accordance to the ASTM standards for compressive strength testing. Saturated and dry samples were subsequently prepared and fragmented via fast and dynamic compressive strength tests. The particle size distributions of the resulting fragments were subsequently analyzed using mechanical gradation tests. Our results indicate that the rock fragment size generally decreased with increasing loading rate and water content. In addition, the fragment sizes in the larger pore size sample (Buff sandstone) were relatively smaller those in the smaller pore size sample (Red sandstone). Notably, energy absorption decreased with increased loading rate, water content and rock pore size. These results support the conclusion that rock fragment size is positively correlated with the energy absorption of rocks. In addition, the rock fragment size increases as the energy absorption increases. Thus, our data provide insightful information for improving cost-effective aggregate production methods.
Kim, Yongjin;Shin, Sang Yong;Kim, Jin Sung;Huh, Hoon;Kim, Ki Jong;Lee, Sunghak
Korean Journal of Metals and Materials
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v.48
no.6
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pp.477-488
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2010
Zr-based amorphous alloy matrix composites reinforced with stainless steel (STS) and tantalum continuous fibers were fabricated without pores or defects by a liquid pressing process, and their quasi-static and dynamic deformation behaviors were investigated by using a universal testing machine and a Split Hopkinson pressure bar, respectively. The quasi-static compressive test results indicated that the fiberreinforced composites showed amaximum strength of about 1050~1300 MPa, and its strength maintained over 700 MPa until reaching astrain of 40%. Under dynamic loading, the maximum stresses of the composites were considerably higher than those under quasi-static loading because of the strain-rate hardening effect, whereas the fracture strains were considerably lower than those under quasi-static loading because of the decreased resistance to fracture. The STS-fiber-reinforced composite showed a greater compressive strength and ductility under dynamic loading than the tantalum-fiber-reinforced composite because of the excellent resistance to fracture of STS fibers.
Instability of bolted rock mass has been a major hazard in the underground coal mining industry for decades. Developing effective support guidelines requires understanding of complex bolted rock mass failure mechanisms. In this study, the dynamic failure behavior, mechanical behavior, and energy evolution of a laboratory-scale bolted specimens is studied by conducting laboratory static-dynamic coupled loading tests. The results showed that: (1) Under static-dynamic coupled loading, the stress-strain curve of the bolted rock mass has a significant impact velocity (strain rate) correlation, and the stress-strain curve shows rebound characteristics after the peak; (2) There is a critical strain rate in a rock mass under static-dynamic coupled loading, and it decreases exponentially with increasing pre-static load level. Bolting can significantly improve the critical strain rate of a rock mass; (3) Compared with a no-bolt rock mass, the dissipation energy ratio of the bolted rock mass decreases exponentially with increasing pre-static load level, the ultimate dynamic impact energy and dissipation energy of the bolted rock mass increase significantly, and the increasing index of the ratio of dissipation energy increases linearly with the pre-static load; (4) Based on laboratory testing and on-site microseismic and stress monitoring, a design method is proposed for a roadway bolt support against dynamic load disturbance, which provides guidance for the design of deep underground roadway anchorage supports. The research results provide new ideas for explaining the failure behavior of anchorage supports and adopting reasonable design and construction practices.
Kunlong Tian;Chao Zhao;Yi Zhou;Xingu Zhong;Xiong Peng;Qunyu Yang
Structural Engineering and Mechanics
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v.91
no.1
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pp.75-86
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2024
In this paper, the porous metal PM-35 is proposed as the filler material of filled thin-walled tubes (FTTs), and a series of experimental study is conducted to investigate the dynamic behavior and energy absorption performance of PM-35 filled thin-walled tubes under impact loading. Firstly, cylinder solid specimens of PM-35 steel are tested to investigate the impact mechanical behavior by using the Split Hopkinson pressure bar set (SHP); Secondly, the filled thin-walled tube specimens with different geometric parameters are designed and tested to investigate the feasibility of PM-35 steel applied in FTTs by the orthogonal test. According to the results of this research, it is concluded that PM-35 steel is with the excellent characteristics of high energy absorption capacity and low yield strength, which make it a potential filler material for FTTs. The micron-sizes pore structure of PM-35 is the main reason for the macroscopic mechanical behavior of PM-35 steel under impact loading, which makes the material to exhibit greater deformation when subjected to external forces and obviously improve the toughness of the material. In addition, PM-35 steel core-filled thin-wall tube has excellent energy absorption ability under high-speed impact, which shows great application potential in the anti-collision structure facilities of high-speed railway and maglev train. The parameter V0 is most sensitive to the energy absorption of FTT specimens under impact loading, and the sensitivity order of different variations to the energy absorption is loading speed V0>D/t>D/L. The loading efficiency of the FTT is affected by its different geometry, which is mainly determined by the sleeve material and the filling material, which are not sensitive to changes in loading speed V0, D/t and D/L parameters.
Recently, with the development of high-performance processing devices such as GPGPU, a three-dimensional dynamic analysis technique that can replace expensive rock material impact tests has been actively developed in the defense and aerospace fields. Experimentally observing or measuring fracture processes occurring in rocks subjected to high impact loads, such as blasting and earth penetration of small-diameter missiles, are difficult due to the inhomogeneity and opacity of rock materials. In this study, a three-dimensional dynamic fracture process analysis technique (3D-DFPA) was developed to simulate the fracture behavior of rocks due to impact. In order to improve the operation speed, an algorithm capable of GPGPU operation was developed for explicit analysis and contact element search. To verify the proposed dynamic fracture process analysis technique, the dynamic fracture toughness tests of the Straight Notched Disk Bending (SNDB) limestone samples were simulated and the propagation of the reflection and transmission of the stress waves at the rock-impact bar interfaces and the fracture process of the rock samples were compared. The dynamic load tests for the SNDB sample applied a Pulse Shape controlled Split Hopkinson presure bar (PS-SHPB) that can control the waveform of the incident stress wave, the stress state, and the fracture process of the rock models were analyzed with experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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