Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.11
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pp.1856-1863
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2003
Overlay model had several advantages to describe hysteretic behavior of material and showed good capability for many engineering materials. However, this model is only applicable to material obeying Masing postulate. Some materials such as 316L stainless steel do not follow Masing postulate and show cyclic hardening(or softening) and strain range dependence. Low cycle fatigue tests of 316L stainless steel at 600$^{\circ}C$ were performed to investigate the characteristics of cyclic behavior of non-Masing material. From all tests cyclic softening was observed. There were differences in elastic limit of hysteresis loop according to applied strain range. To consider these features, modified overlay model was developed. Yield stresses of subelements were divided into isotropic and anisotropic part to describe the non-Masing behavior. The plastic strain range memorization was introduced to consider the strain range dependence. The prediction using modified overlay model showed a good accordance to actual hysteresis loops.
A phase mixture model was employed to simulate the deformation behaviour of metallic materials covering a wide grain size range from micrometer to nanometer scale. In this model a polycrystalline material is treated as a mixture of two phases: grain interior phase whose plastic deformation is governed by dislocation and diffusion mechanisms and grain boundary 'phase' whose plastic flow is controlled by a boundary diffusion mechanism. The main target of this study was the effect of grain size on stress and its strain rate sensitivity as well as on the strain hardening. Conventional Hall-Petch behaviour in coarse grained materials at high strain rates governed by the dislocation glide mechanism was shown to be replaced with inverse Hall-Petch behaviour in ultrafine grained materials at low strain rates, when both phases deform predominantly by diffusion controlled mechanisms. The model predictions are illustrated by examples from literature.
To investigate the deformation properties of TiC-(5-20) mol% Mo solid solution single crystals at high temperature by compression testing, single crystals of various compositions were grown by the radio frequency floating zone technique and were deformed by compression at temperature from 1250K to 2270K at strain rates from $5.1{\times}10^{-5}$ to $5.9{\times}10^{-3}/s$. The plastic flow property of solid solution single crystals was found to be clearly different among a three-temperature range (low, intermediate and high temperature ranges) whose boundaries were dependent on the strain rate. From the observed property, we conclude that the deformation in the low temperature range is controlled by the Peierls mechanism, in the intermediate temperature range by the dynamic strain aging and in the high temperature range by the solute atmosphere dragging mechanism. The work softening tends to become less evident with an increasing experimental temperature and with a decreasing strain rate. The temperature and strain rate dependence of the critical resolved shear stress is the strongest in the high temperature range. The curves are divided into three parts with different slopes by a transition temperature. The critical resolved shear stress (${\tau}_{0.2}$) at the high temperature range showed that Mo content dependence of ${\tau}_{0.2}$ with temperature and the dependence is very marked at lower temperature. In the higher temperature range, ${\tau}_{0.2}$ increases monotonously with an increasing Mo content.
TiC-21 mol% Mo solid solution (${\delta}$-phase) and TiC-99 mol% Mo solid solution (${\beta}$-phase), and TiC-(80~90) mol% Mo hypo-eutectic composite were deformed by compression in a temperature range from room to 2300 K and in a strain rate range from $4.9{\times}10^{-5}$ to $6.9{\times}10^{-3}/s$. The deformation behaviors of the composites were analyzed from the strengths of the ${\delta}$- and ${\beta}$-phases. It was found that the high strength of the eutectic composite is due primarily to solution hardening of TiC by Mo, and that the ${\delta}$-phase undergoes an appreciable plastic deformation at and above 1420 K even at 0.2% plastic strain of the composite. The yield strength of the three kinds of phase up to 1420 K is quantitatively explained by the rule of mixture, where internal stresses introduced by plastic deformation are taken into account. Above 1420 K, however, the calculated yield strength was considerably larger than the measured strength. The yield stress of ${\beta}$-phase was much larger than that of pure TiC. A good linear relationship was held between the yield stress and the plastic strain rate in a double-logarithmic plot. The deformation behavior in ${\delta}$-phase was different among the three temperature ranges tested, i.e., low, intermediate and high. At an intermediate temperature, no yield drop occurred, and from the beginning the work hardening level was high. At the tested temperature, a good linear relationship was held in the double logarithmic plot of the yield stress against the plastic strain rate. The strain rate dependence of the yield stress was very weak up to 1273 K in the hypo-eutectic composite, but it became stronger as the temperature rose.
In the present study, the effect of microporosity on the tensile properties of as-cast AZ91D magnesium alloy was investigated through experimental observation and numerical prediction. The test specimens were fabricated by die-casting and gravity-casting. For gravity-casting, the inoculation and use of various metallic moulds were applied to obtain a wide range of microporosity. The deficiency of the interdendritic feeding of the liquid phase acted as d dominant mechanism on the formation of the micropores in the Mg-Al-alloys, rather than the evolution of hydrogen gas. Although tensile strength and elongation has a nonlinear and very intensive dependence upon microporosity, the yield strength appeared to have a linear relationship with microporosity. However, it was possible to quantitatively estimate the linear contribution of microporosity on the individual tensile property far a range of microporosity, which was below about B %. The numerical prediction suggests that the effect of microporosity on fractured strength and elongation decreased as the strain hardening exponent increased. Furthermore. the shape and distribution of micropores may play a more dominant role than local plastic deformation on the tensile behavior of AZ9lD alloy.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.10
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pp.1603-1611
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2004
The validity of 'modified overlay model' to describe the cyclic behavior of annealed 316L stainless steel at room temperature was investigated. Material parameters(~f$_{i}$, m$_{i}$b, η, E) fur the model were obtained through constant strain amplitude test. The strain amplitude dependency of elastic limit and cyclic hardening, which were the characteristics of this model, were considered. Eight subelements were used to describe the nonlinearity of the hysteresis loops. The calculated hysteresis curve in each condition (0.5%, 0.7%, 0.9% train amplitude test) was very close to the experimental one. Two tests, incremental step test and 5-step test, ere performed to check the validity of 'modified overlay model'. The elastic limit was saturated to the one of the highest strain amplitudes of the block in the incremental step test, so it seemed to be Masing material at the stabilized block. Cyclic hardening was successfully described in the increasing sequence of the strain amplitude in 5-step test. But, the slight cyclic softening followed by higher strain amplitude would not be able to simulate by'modified overlay model'. However, the discrepancy induced was very small between the calculated hystereses and the experimental ones. In conclusion,'Modified overlay model'was proved to be appropriate in strain range of 0.35%~ 1.0%..0%.
Park, E.S.;Lee, J.H.;Kim, S.H.;Huh, M.Y.;Kim, H.J.;Bae, J.C.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.05a
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pp.118-121
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2007
Bulk metallic glass (BMG)/crystalline composites comprising a copper based BMG alloy and crystalline nickel were produced by means of eloctroless plating of nickel on $Cu_{54}Zr_{22}Ti_{18}Ni_6$ BMG powder and subsequent consolidation using spark plasma sintering. The plastic deformation behavior of BMG/crystalline composites was examined by uniaxial compression test at various temperatures in the supercooled liquid region (SLR) of the BMG alloy. The evolution of strain states during uniaxial compression was tackled by microstructure observations. Deformation temperature played an important role in the deformation behavior of BMG/crystalline composites, which was attributed to a strong temperature dependence of the flow stress of the BMG alloy in the SLR. BMG/crystalline composites deformed homogenously in the temperature range where the flow stress of the BMG alloy was close to that of crystalline nickel. In contrast, inhomogeneous deformation was observed in the temperature range where the flow stress of the BMG alloy largely differs from that of crystalline nickel.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.10a
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pp.25-26
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2007
At the time when nanostructured materials (NSMs) are becoming a major focus of materials research, the attention of researchers is turning more to their mechanical performance. In contrast with conventional coarse grained materials, which are either strong or ductile, but rarely both at the same time, it is expected that with NSMs both high strength and ductility can be achieved and confirmed by several experimental studies. In spite of the significant interest and efforts in the mechanical properties of NSMs, deformation mechanisms during plastic deformation as well as elastic deformation are not well established yet. In this talk, the deformation mechanisms of NSMs under various grain sizes, temperatures and strain rates were investigated. It is based on recent modelling that appears to provide a conclusive description of the phenomenology and the mechanisms underlying the mechanical properties of NSMs. Based on the theoretical model that provides an adequate description of the grain size dependence of elasticity and plasticity covering all grain size range from coarse down to the nanoscale, the tensile deformation response of NSMs, especially focusing on the deformation mechanisms was investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.8
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pp.1398-1408
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2003
Tensile and LCF(low cycle fatigue) tests were carried out in air at wide temperature range 20$^{\circ}C$-750$^{\circ}C$ and strain rates of 1${\times}$10$\^$-4//s-1${\times}$10$\^$-2/ to ascertain the influence of strain rate on tensile and LCF properties of prior cold worked 316L stainless steel, especially focused on the DSA(dynamic strain aging) regime. Dynamic strain aging induced the change of tensile properties such as strength and ductility in the temperature region 250$^{\circ}C$-600$^{\circ}C$ and this temperature region well coincided with the negative strain rate sensitivity regime. Cyclic stress response at all test conditions was characterized by the initial hardening during a few cycles, followed by gradual softening until final failure. Temperature and strain rate dependence on cyclic softening behavior appears to result from the change of the cyclic plastic deformation mechanism and DSA effect. The DSA regimes between tensile and LCF loading conditions in terms of the negative strain rate sensitivity were well consistent with each other. The drastic reduction in fatigue resistance at elevated temperature was observed, and it was attributed to the effects of oxidation, creep and dynamic strain aging or interactions among them. Especially, in the DSA regime, dynamic strain aging accelerated the reduction of fatigue resistance by enhancing crack initiation and propagation.
Since the linear elastic fracture analysis has been proved to be insufficient in predicting the failure of strain hardening materials, a number of fracture concepts have been studied which remain applicable in the presence of plasticity near a crack tip. This work thereby presents a new finite element model to predict the elastic-plastic crack-tip field and fatigue life of center-cracked panels(CCP) with ductile fracture under large-scale yielding conditions. Also, this study has been carried out to investigate the path-dependence of J-integral within the plastic zone for elastic-perfectly plastic, bilinear elastic-plastic, and nonlinear elastic-plastic materials. Based on the incremental theory of plasticity, the p-version finite element is employed to account for the accurate values of J-integral, the most dominant fracture parameter, and the shape of plastic zone near a crack tip by using the J-integral method. To predict the fatigue life, the conventional Paris law has been modified by substituting the range of J-value denoted by ${\Delta}J$ for ${\Delta}K$. The experimental fatigue test is conducted with five CCP specimens to validate the accuracy of the proposed model. It is noted that the relationship between the crack length a and ${\Delta}K$ in LEFM analysis shows a strong linearity, on the other hand, the nonlinear relationship between a and ${\Delta}J$ is detected in EPFM analysis. Therefore, this trend will be depended especially in the case of large scale yielding. The numerical results by the proposed model are compared with the theoretical solutions in literatures, experimental results, and the numerical solutions by the conventional h-version of the finite element method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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