Rate-dependent mechanical response of sand, subjected to loading of medium to high strain rate range, is of interest for several civilian and military applications. Such rate-dependent response can vary significantly based on the initial density state of the sand, applied confining pressure, considered strain rate range, drainage condition and sand morphology. A numerical study has been carried out employing a recently proposed visco-plastic constitutive model to explore the rate-dependent mechanical behaviour of Toyoura sand under drained triaxial loading condition. The model parameters have been calibrated using the experimental data on Toyoura sand available in published literature. Under strain rates higher than a reference strain rate, the simulation results are found to be in good agreement with the experimentally observed characteristic shearing behaviour of sand, which includes increased shear strength, pronounced post-peak softening and suppressed compression. The rate-dependent response, subjected to intermediate strain rate range, has further been assessed in terms of enhancement of peak shear strength and peak friction angle over varying initial density and confining pressure. The simulation results indicate that the rate-induced strength increase is highest for the dense state and such strength enhancements remain nearly independent of the applied confinement level.
The dynamic behavior of sheet metals must be examined to ensure the impact characteristics of auto-body by a finite element method. An appropriate experimental method has to be developed to acquire the material properties at the intermediate strain rate which is under 500/s in the crash analysis of auto-body. In this paper, tensile tests of various different steel sheets for an auto-body were performed to obtain the dynamic material properties with respect to the strain rate which is ranged from 0.003/sec to 200/sec. A high speed material testing machine was made for tension tests at the intermediate strain rate and the dimensions of specimens that can provide the reasonable results were determined by the finite element analysis. Stress-strain curves were obtained for each steel sheet from the dynamic tensile test and used to deduce the relationship of the yield stress and the elongation to the strain rate. These results are significant not only in the crashworthiness evaluation under car crash but also in the high speed metal forming.
The formability of magnesium alloy sheets at room temperature is generally low because of the inherently limited number of slip systems, but higher at temperatures over $150^{\circ}C$. Therefore, prior to the practical application of these materials, the forming limits should be evaluated as a function of the temperature and strain rate. This can be achieved experimentally by performing a series of tests or analytically by deriving the corresponding modeling approaches. However, before the formability analysis can be conducted, a model of flow stress, which includes the effects of strain, strain rate and temperature, should be carefully identified. In this paper, such procedure is carried out for Mg alloy AZ31 and the concept of flow stress surface is proposed. Experimental flow stresses at four temperature levels ($150^{\circ}C$, $200^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $300^{\circ}C$) each with the pre-assigned strain rate levels of $0.01s^{-1}$, $0.1s^{-1}$ and $1.0s^{-1}$ are collected in order to establish the relationships between these variables. The temperature-compensated strain rate parameter which combines, in a single variable, the effects of temperature and strain rate, is introduced to capture these relationships in a compact manner. This study shows that the proposed concept of flow stress surface is practically relevant for the evaluation of temperature and strain dependent formability.
Ha Sung Rok;Rhee Kyong Yop;Kim Hyeon Ju;Jung Dong Ho
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.11
s.176
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pp.99-103
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2005
It is generally accepted that fracture toughness of fiber-reinforced polymer composites is affected by strain rate in an atmospheric pressure condition. For a present study, the strain rate effect on the fracture toughness of fiber-reinforced laminated composites in the hydrostatic pressure condition was investigated. For this purpose, fracture tests have been conducted using graphite/epoxy laminated composites applying three steps of the strain rate at 270 MPa hydrostatic pressure condition. The strain rates applied were $0.05\%/sec,\;0.25\%/sec$, and $0.55\%/sec$. Fracture toughness was determined from the work factor approach as a function of applied strain rate. The result showed that fracture toughness decreased as the strain rate increased. Specifically, the fracture toughness decreased $12\%$ as the strain rate increased from $0.05\%/sec$ to $0.55\%/sec$.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1997.10a
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pp.80-83
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1997
The split Hopkinson bar technique is the most widely used method to study material behavior at high strain rate deformation. In the present paper, a torsional Hopkinson bar for testing thin-walled tube specimens at high strain rate is described. From the experiment of aluminum 6061, dynamic stress-strain relationship can be obtained and dynamic result is compared with static one.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.2
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pp.127-134
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2005
This paper introduces a newly developed high speed material testing apparatus for tensile tests at the strain rate up to 500/sec. The tensile properties of sheet metals are indispensable for the accurate crashworthiness analysis of auto-bodies since the local strain rate reaches to 500/sec in the car crash. An appropriate experimental method has to be developed to acquire the tensile properties at the intermediate strain rate ranged from 0.003/sec to 200/sec. Tensile tests of various different steel sheets for an auto-body were perform ed to obtain the dynamic properties with respect to the strain rate. The dimensions of specimens that can provide the reasonable results were determined by the finite element analysis. A special jig fixture of a load cell is designed to reduce the load ringing phenomenon induced by unstable stress propagation at the high strain rate. Stress-strain curves were acquired for each steel sheet from the dynamic tensile test and utilized to obtain the relationship of the stress to the strain rate.
Park, June-Sung;Kim, Hyun-Pyo;Park, Jeong;Kim, Jeong-Soo;Keel, Sang-In
한국연소학회:학술대회논문집
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2006.10a
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pp.65-72
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2006
Experiments in methane-air low strain rate counterflow diffusion flames diluted with nitrogen have been conducted to study the behavior of flame extinction and edge flame oscillation in which flame length is less than the burner diameter and thus lateral conduction heat loss in addition to radiative heat loss could be remarkable at low global strain rates. Critical mole fraction at flame extinction is examined with velocity ratio and global strain rate. Onset conditions of edge flame oscillation and flame oscillation modes are also provided with global strain rate and added nitrogen mole fraction to fuel stream (fuel Lewis number). It is seen that flame length is closely relevant to lateral heat loss, and this affects flame extinction and edge flame oscillation considerably. Edge flame oscillations in low strain rate flames are experimentally described well and are categorized into three: a growing oscillation mode, a decaying oscillation mode, and a harmonic oscillation mode. The regime of flame oscillation is also provided at low strain rate flames. Important contribution of lateral heat loss even to edge flame oscillation is clarified.
The Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB) technique, a special experimental apparatus, has been used to obtain the material behavior under high strain rate loading condition. In this paper, dynamic deformation behaviors of the PMMA under high strain rate tensile loading are determined using SHPB technique.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.1
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pp.9-15
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2011
The influence of the strain-rate on the superelastic behaviors of shape memory alloys (SMAs) wires is experimentally and numerically investigated. The one-dimensional SMA constitutive equations considering strain-rate effect is developed. The evolution of stress-strain curves of SMA wires is examined with various strain-rates. Results show that the superelastic behaviors of SMAs may significantly be changed depending on the variation of strain-rate.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2000.10a
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pp.33-36
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2000
The dynamic recrystallization (DRX) of medium carbon steels (SCM 440 and POSMA45) was studied with torsion test in the temperature range of $900-1100^{\circ}C$ and the strain rate range of $5.0x10^{-2}\;-\;5.0x10^0/sec$. To establish the quantitative equations for DRX, the evolution of flow stress curve with strain was analyzed. The critical strain (${\varepsilon}_c$) and strain for maximum softening rate ( ${\varepsilon}^{*}$) could be confirmed by the analysis of work hardening rate ($d{\sigma}/d{\varepsilon}\;=\; \theta$). The volume fraction of dynamic recrystallization ($X_{DRX}$) as a function of processing variables, such as strain rate ( $\dot{\varepsilon}$ ), temperature (T), and strain ( $\varepsilon$ ) were established using the ${\varepsilon}_c$ and ${\varepsilon}^{*}$. For the exact prediction, the ${\varepsilon}_c$, ${\varepsilon}^{*}$ and Avrami' exponent (m') were quantitatively expressed by dimensionless parameter, Z/A respectively. The transformation-effective strain-temperature curve for DRX could be composed. It was found that the calculated results were agreed with the experimental data for the steels at any deformation conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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