Mechanical properties of the materials used for mold and industrial machinery under high strain rate loading conditions such as high impact loading are required to provide appropriate safety assessment to varying dynamically loaded 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, the dynamic deformation behavior of a brass under high strain rate compressive loading conditions has been determined using the SHPB technique.
This paper describes a study of the collision of hard steel spheres against aluminium thin circular plates at speeds up to 140 m/s. The tests were monitored by a high speed camera and a chronoscope, which allowed the determination of the ballistic limit and the plate deformation pattern. Quasi-static material parameters were obtained from tests on a universal testing machine and dynamic mechanical characterization of two aluminium alloys were conducted in a split Hopkinson pressure bar. Using a damage model, the perforation of the plates was simulated by finite element analysis. Axisymmetric, shell and solid elements were employed with various parameters of the numerical analysis being thoroughly discussed, in special, the dynamic model parameters. A good agreement between experiments and the numerical analysis was obtained.
This paper will present the design of a novel-type velocity-controllable electromagnetic coil launcher (EMCL). By studying the influence of initial capacitor voltage on the velocity of an EMCL, the launcher voltage can be set to precisely adjust the velocity of projectile launching. The simulation of voltage and velocity in relation to time is obtained by Maxwell software. The experimental data show that for the launch accuracy to be achievable, the actual precision is 2%. Because of the excellent performance of Velocity-controllable EMCL, it can replace the air gun and applied to split Hopkinson pressure bar (SHPB).
Dynamic shear tests for the tough-pitch copper at high strain and high strain rate was performed. The Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) compression test system was modified to yield a shear deformation in the specimen. Hat-shaped specimens for the tough-pitch copper were adopted to generate high strain of γ=3~4 and high strain-rate of γ= 10$^4$/s. The dynamic analysis by ABAQUS 5.5/EXPLICIT code verified that shear zone can be localized in hat-shaped specimens. A proper impact velocity and the axial length of the shear localization region wert determined through the elastic wave analysis. The displacement in a hat-shaped specimen is limited by a spacer ring which was installed between the specimen and the incident bar. The shear bands were obtained by measuring the direction of shear deformation and the width of deformed grain in the shear zone. The decrease of specimen length has been measured on the optical displacement transducer. Dynamic shear stress-strain relations in the tough-pitch copper were obtained at two strain-rates.
A comparison study is made between the dynamic properties of an argillaceous siltstone and its grouting-reinforced body. The purpose is to investigate how grout injection can help repair broken soft rocks. A slightly weathered argillaceous siltstone is selected, and part of the siltstone is mechanically crushed and cemented with Portland cement to simulate the grouting-reinforced body. Core specimens with the size of $50mm{\times}38mm$ are prepared from the original rock and the grouting-reinforced body. Impact tests on these samples are then carried out using a Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) apparatus. Failure patterns are analyzed and geotechnical parameters of the specimens are estimated. Based on the experimental results, for the grouting-reinforced body, its shock resistance is poorer than that of the original rock, and most cracks happen in the cementation boundaries between the cement mortar and the original rock particles. It was observed that the grouting-reinforced body ends up with more fragmented residues, most of them have larger fractal dimensions, and its dynamic strength is generally lower. The mass ratio of broken rocks to cement has a significant effect on its dynamic properties and there is an optimal ratio that the maximum dynamic peak strength can be achieved. The dynamic strain-softening behavior of the grouting-reinforced body is more significant compared with that of the original rock. Both the time dependent damage model and the modified overstress damage model are equally applicable to the original rock, but the former performs much better compared with the latter for the grouting-reinforced body. In addition, it was also shown that water content and impact velocity both have significant effect on dynamic properties of the original rock and its grouting-reinforced body. Higher water content leads to more small broken rock pieces, larger fractal dimensions, lower dynamic peak strength and smaller elastic modulus. However, the water content plays a minor role in fractal dimensions when the impact velocity is beyond a certain value. Higher impact loading rate leads to higher degree of fragmentation and larger fractal dimensions both in argillaceous siltstone and its grouting-reinforced body. These results provide a sound basis for the quantitative evaluation on how cement grouting can contribute to the repair of broken soft rocks.
It is essential to evaluate the blasting-enhanced permeability (BEP) feasibility of a low-permeability sandstone-type uranium deposit. In this work, the mineral composition, reservoir physical properties and rock mechanical properties of samples from sandstone-type uranium deposits were first measured. Then, the reformability evaluation method was established by the analytic hierarchy process-entropy weight method (AHP-EWM) and the fuzzy mathematics method. Finally, evaluation results were verified by the split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) experiment and permeability test. Results show that medium sandstone, argillaceous sandstone and siltstone exhibit excellent reformability, followed by coarse sandstone and fine sandstone, while the reformability of sandy mudstone is poor and is not able to accept BEP reservoir stimulation. The permeability improvement and the distribution of damage fractures before and after the SHPB experiment confirm the correctness of evaluation results. This research provides a reformability evaluation method for the BEP of the low-permeability sandstone-type uranium deposit, which contributes to the selection of the appropriate regional and stratigraphic horizon of the BEP and the enhanced ISL of the low-permeability sandstone-type uranium deposit.
스플릿 홉킨슨 압력 봉(SHPB)실험은 암석 및 콘크리트와 같은 취성재료의 동적 물성과 변형특성을 파악하고 압축 응력-변형율 데이터를 획득하기 위하여 사용된다. SHPB 실험법은 원리상 대상시료가 파괴이전에 동적응력평형 상태와 일정 변형율 속도 조건하여 놓여져 있어야 한다. 이러한 조건을 만족시키기 위하여 충격봉과 입사봉의 충격에 의하여 발생되는 충격 입사파형을 제어할 필요가 있다. 최근에는 원형 디스크를 충격봉과 입사봉 사이에 두어 입사 충격파형을 제어하는 펄스쉐이핑 기법이 적용되고 있다. 본 연구에서는 입사 충격파형을 정밀하게 제어할 목적으로 다양한 형태와 크기의 금속디스크를 대상으로 SHPB 실험을 수행하여 동적 변형 특성을 파악하였다. 펄스쉐이퍼의 두께와 직경이 작아짐에 따라 응력값과 파장은 증가하였다.
The changeable stress environment directly affect the propagation law of a stress wave. Stress wave propagation tests in sandstone with different axial stresses were carried using a modified split Hopkinson Pressure bar (SHPB) assuming the sandstone has a uniform pore distribution. Then the waveform and stress wave energy dissipation were analyzed. The results show that the stress wave exhibits the double peak phenomenon. With increasing axial stress, the intensity difference decreases exponentially and experiences first a dramatic decrease and then gentle development. The demarcation stress is σ/σc=30%, indicating that the closer to the incident end, the faster the intensity difference attenuates. Under the same axial stress, the intensity difference decreases linearly with propagation distance and its attenuation intensity factor displays a quadratic function with axial stress. With increasing propagation distance, the time difference decays linearly and its delay coefficient reflects the damage degree. The stress wave energy attenuates exponentially with propagation distance, and the relations between attenuation rate, attenuation coefficient and axial stress can be represented by the quadratic function.
The dynamic compressive behavior of concrete after freezing and thawing tests are investigated by using the split Hopkinson pressure bar (SHPB) technique. The stress-strain curves of concrete under dynamic loading are measured and analyzed. The setting numbers of freeze-thaw cycles are 0, 25, 50, and 75 cycles. Test results show that the dynamic strength decreases and peak strain increases with the increasing of freeze-thaw cycles. Based on the Weibull distribution model, statistical damage constitutive model for dynamic stress-strain response of concrete after freeze-thaw cycles was proposed. At last, the fragmentation test of concrete subjected to dynamic loading and freeze-thaw cycles is carried out using sieving statistics. The distributions of the fragment sizes are analyzed based on fractal theory. The fractal dimensions of concrete increase with the increasing of both freeze-thaw cycle and strain rate. The relations among the fractal dimension, strain rates and freeze-thawing cycles are developed.
이 논문은 전투차량의 주 장갑재료로 사용되는 금속장갑재료의 개발현황 및 방탄성능에 영향을 미치는 조직학적 요인들을 중심으로 방탄성 향상을 위한 요소기술을 살펴보고, 향후 금속장갑재의 발전전망에 대하여 서술하였다. 금속장갑재는 요구되는 방호특성에 따라 사용되는 합금계가 다르지만 강도와 인성을 최적화하여 위협 탄에 대한 관통저항성 및 취성파단에 대한 저항성을 극대화하는 것이 필요하며, 이를 위해서는 금속재료의 방탄조건에서 특정적으로 나타나는 단열전단현상을 이해하고 적절히 제어하는 기술이 요구된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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