The crashworthiness of vehicles with finite element methods depends on the geometry modeling and the material properties. The vehicle body structures are generally composed of various members such as frames, stamped panels and deep-drawn parts from sheet metals. In order to ensure the impact characteristics of auto-body structures, the dynamic behavior of sheet metals must be examined to provide the appropriate constitutive relation. In this paper, high strain-rate tensile tests have been carried out with a tension type split Hopkinson bar apparatus specially designed for sheet metals. Experimental results from both static and dynamic tests with the tension split Hopkinson bar apparatus are interpolated to construct the Johnson-Cook and a modified Johnson-Cook equation as the constitutive relation, that should be applied to simulation of the dynamic behavior of auto-body structures. Simulation of auto-body structures has been carried out with an elasto-plastic finite element method with explicit time integration. The stress integration scheme with the plastic predictor-elastic corrector method is adopted in order to accurately keep track of the stress-strain relation for the rate-dependent model accurately. The crashworthiness of the structure with quasi-static constitutive relation is compared to the one with the rate-dependent constitutive model. Numerical simulation has been carried out for frontal frames and a hood of an automobile. Deformed shapes and the Impact energy absorption of the structure are investigated with the variation of the strain rate.
Dynamic characteristics of powder metal is very important to mechanical structures requiring high strength or endurance for impact loading. But owing to distinctive property of powder metal, that is relative, it has been investigated restrictively compared to static characteristics. The objectives of this study is to investigate dynamic characteristics of powder metal and compare it to a fully density material. To find the characteristics, an explicit finite element method is used for simulation of Split Hopkinson Pressure Bar experiment based on the stress wave propagation theory. We obtained a dynamic stress-strain relationship and dynamic behavior of powder metal, as well as the variation of material properties during dynamic deformation.
Vacuum interrupters that is used in various switchgear components such as circuit breakers, distribution switches, contactors, etc. spreads the arc uniformly over the surface of the contacts. The electrode of vacuum interrupters is used sintered Cu-Cr material satisfied with good electrical and mechanical characteristics. Because the closing velocity is 1-3m/s, the deformation of the material of electrodes depends on the strain rate and the dynamic behavior of the sintered Cu-Cr material 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 cylinder type specimens. Experimental results from both quasi-static and dynamic compressive tests with the split Hopkinson pressure bar apparatus are interpolated to construct the Johnson-Cook equation as the constitutive relation that should be applied to simulation of the dynamic behavior of electrodes. To evaluate impact characteristic of a vacuum interrupter, simulation is carried out with five parameters such as initial velocity, added mass of a movable electrode, wipe spring constant, initial offset of a wipe spring and virtual fixed spring constant.
발파나 충격과 관련된 연구에서 충격센서를 이용한 하중 및 진동의 계측이 널리 사용되고 있다. 하지만 대부분의 충격센서는 고가이며 외부로부터의 손상에 대해 보호할 필요성이 존재한다. 본 연구에서는 충격센서의 외부 구조적 변화에 따른 계측 대상 매질로부터 입사되는 하중정보의 왜곡현상을 보정할 수 있는 방법에 대해 고찰하였다. 홉킨슨 압력봉 시스템을 이용해 충격센서로 전달되는 충격가속도를 산출하였으며, 이와 동시에 충격진동의 감쇠를 야기하는 센서 홀더를 고안 및 적용하여 센서의 출력 값에 대한 비교분석을 수행하였다. 결과적으로 센서에 적용된 외부 구조적 변화가 센서의 진동운동 자체를 왜곡시키는 비선형 거동이 아닌 경우 본 방법을 통한 충격센서 보정기술이 합리적으로 작용할 수 있을 것으로 판단하였다.
Many researches have published numerous papers about the high-strain-rate obtained from Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB) tests. And 6.5wt%Si steel is widely known as an excellent magnetic material because its magnetostriction is nearly zero. Single crystals are prepared by the Floating Zone(FZ) method, which melts the alloy by the use of a high temperature electron beam in a pure argon gas condition. In this paper, the fracture behavior of the poly crystals and single crystals (DO$_3$phase) of Fe-6.5wt%Si alloy by SHPB test is observed. The comparison of high-strain-rate results with static results was done. Obtained main results are as follows: (1) Fe-6.5wt%Si alloy has higher strength at high-strain-rate tensile. SHPB results of polycrystal are twice as high as static results. (2) From the fractography, the cleavage steps are remarkably reduced in the SHPB test compared with the static test.
단계별 손상에 따른 취성재료의 동적손상메커니즘을 파악하고자 국내암석을 대상으로 스플릿 홉킨슨 압력바 시스템을 이용한 단계적 충격하중실험을 수행하였다. 실험시료 내 동적손상을 평가하기 위하여 고해상도 X-ray 단층촬영 시스템을 적용하였다. 그 결과 낮은 충격하중에서는 시료 내 전반적으로 축방향 균열 즉 수직균열이 발생하지만, 충격속도가 증가함에 따라 시료와 입사바 또는 전달바와의 접촉면에 구속효과가 발생하여 입사바와의 접촉면 중심부에 균열이 사라지는 경향을 보였다. 그러나 구속력을 적게 받는 시료의 원주표면 부근에서는 박리균열을 보였다.
The aluminum 7075-T6 is known as an alloy widely used in aircraft structural applications, which does not exhibit strain rate sensitivity during dynamic compressive tests. Despite mechanical importance of the material, there is not enough attention to determine appropriate sample dimensions such as a sample diameter relative to the device bar diameter and sample length to diameter (L/D) ratio for dynamic tests and how these two parameters can change mechanical behaviors of the sample under dynamic loading condition. In this study, various samples which have different diameters of 31.8, 25.4, 15.9, and 9.5 mm and sample L/D ratios of 2.0, 1.5, 1.0, 0.5, and 0.25 were tested using Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB), as this testing device is proper to characterize mechanical behaviors of solid materials at high strain rates. The mechanical behavior of this alloy was examined under ${\sim}200-5,500s^{-1}$ dynamic strain rate. Aluminum samples of 2.0, 1.5 and 1.0 of L/D ratios were well fitted into the stress-strain curve, Madison and Green's diagram, regardless of the sample diameters. Also, the 0.5 and 0.25 L/D ratio samples having the diameter of 31.8 and 25.4 mm followed the stress-strain curve. As results, larger samples (31.8 and 25.4 mm) in diameters followed the stress-strain curve regardless of the L/D ratios, whereas the 0.5 and 0.25 L/D ratios of small diameter sample (15.9 and 9.5 mm) did not follow the stress-strain diagram but significantly deviate from the diagram. Our results indicate that the L/D ratio is important determinant in stress-strain responses under the SHPB test when the sample diameter is small relative to the test bar diameter (31.8 mm), but when sample diameter is close to the bar diameter, L/D ratio does not significantly affect the stress-strain responses. This suggests that the areal mismatch (non-contact area of the testing bar) between the sample and the bar can misrepresent mechanical behaviors of the aluminum 7075-T6 at the dynamic loading condition.
The buckling behavior of cylindrical shape-memory alloy and aluminum tube is investigated at room temperature using a split Hopkinson pressure bar and an Instron hydraulic machine with a specially designed recording system. The shape-memory alloy at superelastic property regime buckles gradually in quasi-static loading, and fully recovers upon unloading. However, the buckling of aluminum tube is sudden and catastrophic, and shows permanent deformation. This gradual buckling of shape-memory alloy is associated with the forward and reverse transformation of stress-induced martensite and seems to have a profound effect on the unstable deformation of tube structures made from shape-memory alloy.
Mechanical properties of the materials used for transportations and industrial machinery under high strain rate loading conditions such as seismic loading are required to provide appropriate safety assessment to these mechanical structures. The Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) technique with a special experimental apparatus can be used to obtain the material behavior under high strain rate loading conditions. In this paper, dynamic deformation behaviors of the aluminum alloys such as A12024-T4, A1606 IT-6 and A17075-T6 under both high strain rate compressive and tensile loading conditions are determined using the SHPB technique.
Mechanical properties of the materials used for transportations and industrial machinery under high strain rate loading conditions such as seismic loading are required to provide appropriate safety assessment to these mechanical structures. The split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) technique with a special experimental apparatus can be used to obtain the material behavior under high strain rate loading conditions. In this paper, dynamic deformation behaviors of the aluminum alloys such as A12024-T4, A16061-T6, and A17075-T6 under both high strain rate compressive and tensile loading conditions are determined using the SHPB technique.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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