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.
Kim, Jong-Tak;Woo, Sung-Choong;Sakong, Jae;Kim, Jin-Young;Kim, Tae-Won
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.7
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pp.891-897
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2013
In this study, the compressive deformation behaviors of aluminum alloy under high strain rates were investigated by means of a SHPB test. An acoustic emission (AE) technique was also employed to monitor the signals detected from the deformation during the entire impact by using an AE sensor connected to the specimen with a waveguide in real time. AE signals were analyzed in terms of AE amplitude, AE energy and peak frequency. The impacted specimen surface and side area were observed after the test to identify the particular features in the AE signal corresponding to the specific types of damage mechanisms. As the strain increased, the AE amplitude and AE energy increased whereas the AE peak frequency decreased. It was elucidated that each AE signal was closely associated with the specific damage mechanism in the material.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.8
s.173
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pp.92-99
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2005
Tungsten heavy metal is characterized by a high density and novel combination of strength and ductility. Among them, 90W-7Ni-3Fe is used for applications, where the high specific weight of the material plays an important role. They are used as counterweights, rotating inertia members, as well as fur defense purposes(kinetic energy Penetrators, etc.). Because of these applications, it is essential to detemine the dynamic characteristics of tungsten alloy. In this paper, Explicit FEM(finite element method) is employed to investigate the dynamic characteristics of tungsten heavy metal under base of stress wave propagation theory for SHPB, and the model of specimen is divided into two parts to understand the phenomenon that stress wave penetrates through each tungsten base and matrix. This simulation results were compared to experimental one and through this program, the dynamic stress-strain curve of tungsten heavy metal can be obtained using quasi static stress-strain curve of pure tungsten and matrix.
In order to investigate dynamic damage mechanism of brittle materials, Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) have been adapted to apply different impact levels to rocks in South Korea. High resolution X-ray Computed Tomography (CT) was used to estimate the damage in tested rock samples nondestructively. The cracks which are parallel to the loading axis are visible on the contact surface with the incident bar under lower level of impact. The surface cracks disappeared with increment of impact level due to confined effect between the incident bar and sample, while axial splitting are happened near the outer surface.
The response of concrete to transient dynamic loading has received extensive attention for both civil and military applications. Accordingly, thoroughly understanding the response and failure modes of concrete subjected to impact or explosive loading is vital to the protection provided by fortifications. Reactive powder concrete (RPC), as developed by Richard and Cheyrezy (1995) in recent years, is a unique mixture that is cured such that it has an ultra-high compressive strength. In this work, the concrete cylinders with different steel fiber volume fractions were subjected to repeated impact loading by a split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) device. Experimental results indicate that the ability of repeated impact resistance of ultra-high-strength concrete was markedly superior to that of other specimens. Additionally, the rate of damage was decelerated and the energy absorption of ultra-high-strength concrete improved as the steel fiber volume fraction increased.
Information on the deformation behavior and fracture strength of rocks subjected to dynamic loadings is important to stability analyses of underground openings underground vibration due to rock blasts, earthquakes and rock bursts. In this study, Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) system was applied to estimate dynamic compressive and tensile fracture strengths of limestone and also examine deformation behavior of limestones under dynamic loadings. A micro-focus X-ray CT scanner was used to observe non-destructively inside the impacted limestone specimens. From the dynamic tests, it was revealed that the limestone have over 140MPa dynamic compressive strength and the strain-rate dependency of the strength. Dynamic Brazilian tensile strength of the limestone exceeds 21MPa and shows over 3 times static Brazilian tensile strength.
An experimental technique for determining the spalling strength of rock-like materials under a high strain rate is developed. It is observed that the spalling strength of a specimen can be determined by only knowing the wavelength, loading peak value and length of the first spallation of an incident wave under a specific loading waveform. Using this method in combination with a split-Hopkinson pressure bar (SHPB) and other experimental devices, the spalling strength of granite specimens under a high strain rate is tested. Comparisons with other experimental results show that the new measuring method can accurately calculate the dynamic tensile strength of rock materials under a high strain rate.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.20
no.2
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pp.206-216
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2017
This paper studies on the dynamic properties of Ti-6Al-4V alloy. After forming the four different micro structures(equiaxed, lamellar, and 2 bimodals) through heat treatments, static and dynamic properties of each structure were investigated quantitatively. Dynamic behaviors of the alloy are observed by the compressive split Hopkinson pressure bar(SHPB) tests. In additon, parameters of Johnson-Cook equation were determined from the SHPB test results. In order to verify the suitability of the parameters, high velocity impact tests were performed and the results were compared with the numerical analysis results. Although the flow stress and the fracture strain of the bimodal structures were higher than those of the equiaxed structure at the static tests, the superior dynamic properties were observed at the equiaxed structure due to the effects of higher maximum flow stress and fracture strain. From the numerical analysis, J-C parameters which are determined on this study describe well the dynamic behavior of Ti-6Al-4V alloy. Experimental and analysis results are consistent with ${\pm}5%$ of an average error.
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 $25^{\circ}C{\sim}1000^{\circ}C$.
Split Hopkinson pressure bar(SHPB) is used to obtain compressive stress-strain data and deformation characteristics of brittle materials such as rock and concrete. SHPB demands both dynamic stress equilibrium condition and nearly constant strain rate before the failure of the specimen. Pulse shape technique, which places a thin metal disk between launched impact bar and incident bar, should be adopted to satisfy both conditions. In this study, metallic disks with various shapes were used to control the incident impact wave. The results show that the peak value of stress and the length of waves increased with decreasing thickness and diameter of the pulse shaper. In order to investigate shape and strain rate-dependency of the pulse shapers, dynamic compressive stress-strain curves were obtained and analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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