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.
A compressive split Hopkinson pressure bar (SHPB) technique is used to investigate the dynamic behavior of SM45C at high temperature. A radiant heater, which consists of one ellipsoidal reflector and one halogen lamp, is used to heat the specimen. Specimens are tested from $600^{\circ}C$ to $1000^{\circ}C$ at intervals of $100^{\circ}C$ at a strain-rate ranging from 1100/s to 1150/s. A critical phenomenon occurs between $700^{\circ}C$ and $750^{\circ}C$ in SM45C. This phenomenon results in the drastic drop in a flow stress. In a modified Johnson-Cook constitutive equation, a reducer function is used to take into account for the effect of the drastic drop in a flow stress. A reducer function, which is dependant on the temperature as well as the strain, is introduced and the parameters of the modified Johnson-Cook constitutive equation are determined from test results.
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 $25^{\circ}C{\sim}1000^{\circ}C$.
We propose a new multiscale Galerkin method based on interpolation wavelets for two-dimensional Poisson's and plane elasticity problems. The major contributions of the present work are: 1) full multiresolution numerical analysis is carried out, 2) general boundaries are handled by a fictitious domain method without using a penalty term or the Lagrange multiplier, 3) no special integration rule is necessary unlike in the (bi-)orthogonal wavelet-based methods, and 4) an efficient adaptive scheme is easy to incorporate. Several benchmark-type problems are considered to show the effectiveness and the potentials of the present approach. is 1-2m/s and impact deformation of the electrode depends on the strain rate at that velocity, the dynamic behavior of the sinter-forged Cu-Cr 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 disc-type specimens. Experimental results from both quasi-static and dynamic compressive tests are Interpolated to construct the Johnson-Cook model as the constitutive relation that should be applied to simulation of the dynamic behavior of the electrodes. The impact characteristics of a vacuum interrupter are investigated with computer simulations by changing the value of five parameters such as the initial velocity of a movable electrode, the added mass of a movable electrode, the wipe spring constant, initial offset of a wipe spring and the virtual fixed spring constant.
Kunlong Tian;Chao Zhao;Yi Zhou;Xingu Zhong;Xiong Peng;Qunyu Yang
Structural Engineering and Mechanics
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제91권1호
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pp.75-86
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2024
In this paper, the porous metal PM-35 is proposed as the filler material of filled thin-walled tubes (FTTs), and a series of experimental study is conducted to investigate the dynamic behavior and energy absorption performance of PM-35 filled thin-walled tubes under impact loading. Firstly, cylinder solid specimens of PM-35 steel are tested to investigate the impact mechanical behavior by using the Split Hopkinson pressure bar set (SHP); Secondly, the filled thin-walled tube specimens with different geometric parameters are designed and tested to investigate the feasibility of PM-35 steel applied in FTTs by the orthogonal test. According to the results of this research, it is concluded that PM-35 steel is with the excellent characteristics of high energy absorption capacity and low yield strength, which make it a potential filler material for FTTs. The micron-sizes pore structure of PM-35 is the main reason for the macroscopic mechanical behavior of PM-35 steel under impact loading, which makes the material to exhibit greater deformation when subjected to external forces and obviously improve the toughness of the material. In addition, PM-35 steel core-filled thin-wall tube has excellent energy absorption ability under high-speed impact, which shows great application potential in the anti-collision structure facilities of high-speed railway and maglev train. The parameter V0 is most sensitive to the energy absorption of FTT specimens under impact loading, and the sensitivity order of different variations to the energy absorption is loading speed V0>D/t>D/L. The loading efficiency of the FTT is affected by its different geometry, which is mainly determined by the sleeve material and the filling material, which are not sensitive to changes in loading speed V0, D/t and D/L parameters.
Annually, the global production of construction aggregates reaches over 40 billion tons, making aggregates the largest mining sector by volume and value. Currently, the aggregate industry is shifting from sand to hard rock as a result of legislation limiting the extraction of natural sands and gravels. A major implication of this change in the aggregate industry is the need for understanding rock fragmentation and energy absorption to produce more cost-effective aggregates. In this paper, we focused on incorporating dynamic rock and soil mechanics to understand the effects of loading rate and water saturation on the rock fragmentation and energy absorption of three different sandstones (Red, Berea and Buff) with different pore sizes. Rock core samples were prepared in accordance to the ASTM standards for compressive strength testing. Saturated and dry samples were subsequently prepared and fragmented via fast and dynamic compressive strength tests. The particle size distributions of the resulting fragments were subsequently analyzed using mechanical gradation tests. Our results indicate that the rock fragment size generally decreased with increasing loading rate and water content. In addition, the fragment sizes in the larger pore size sample (Buff sandstone) were relatively smaller those in the smaller pore size sample (Red sandstone). Notably, energy absorption decreased with increased loading rate, water content and rock pore size. These results support the conclusion that rock fragment size is positively correlated with the energy absorption of rocks. In addition, the rock fragment size increases as the energy absorption increases. Thus, our data provide insightful information for improving cost-effective aggregate production methods.
The Hydraulically driven test system and ${\Phi}100mm$ split Hopkinson pressure bar(SHPB) test device were employed to research the quasi-static and dynamic mechanical properties of concrete specimens which has been immersed for 60 days in sodium sulfate (group S1) and sodium chloride (group S2) solution, the evolution of their mass during corrosive period was explored at the same time, and the mechanism of performances lost was analyzed from the microscopic level by using scanning electron microscope. Results of the experimental indicated that: their law of mass both presents the trend of continuous rising during corrosive period, and it increases rapidly on the early days, the mass growth of group S1 and group S2 in first 7 days are 76.78% and 82.82% of their total increment respectively; during the corrosive period, the quasi-static compressive strength of specimens in two groups are significantly decreased, both of which present the trend of increase first and then decrease, the maximum growth rate of group S1 and group S2 are 7.52% and 12.71% respectively, but they are only 76.23% and 82.84% of specimens which under normal environment (group N) on day 60; after immersed for 60 days, there were different decrease to dynamic compressive strength and specific energy absorption, and so as their strain rate sensitivities. So the high salinity environment has a significant effect of weaken the quasi-static and dynamic mechanical performance of concrete.
Instability of bolted rock mass has been a major hazard in the underground coal mining industry for decades. Developing effective support guidelines requires understanding of complex bolted rock mass failure mechanisms. In this study, the dynamic failure behavior, mechanical behavior, and energy evolution of a laboratory-scale bolted specimens is studied by conducting laboratory static-dynamic coupled loading tests. The results showed that: (1) Under static-dynamic coupled loading, the stress-strain curve of the bolted rock mass has a significant impact velocity (strain rate) correlation, and the stress-strain curve shows rebound characteristics after the peak; (2) There is a critical strain rate in a rock mass under static-dynamic coupled loading, and it decreases exponentially with increasing pre-static load level. Bolting can significantly improve the critical strain rate of a rock mass; (3) Compared with a no-bolt rock mass, the dissipation energy ratio of the bolted rock mass decreases exponentially with increasing pre-static load level, the ultimate dynamic impact energy and dissipation energy of the bolted rock mass increase significantly, and the increasing index of the ratio of dissipation energy increases linearly with the pre-static load; (4) Based on laboratory testing and on-site microseismic and stress monitoring, a design method is proposed for a roadway bolt support against dynamic load disturbance, which provides guidance for the design of deep underground roadway anchorage supports. The research results provide new ideas for explaining the failure behavior of anchorage supports and adopting reasonable design and construction practices.
Zr-based amorphous alloy matrix composites reinforced with stainless steel (STS) and tantalum continuous fibers were fabricated without pores or defects by a liquid pressing process, and their quasi-static and dynamic deformation behaviors were investigated by using a universal testing machine and a Split Hopkinson pressure bar, respectively. The quasi-static compressive test results indicated that the fiberreinforced composites showed amaximum strength of about 1050~1300 MPa, and its strength maintained over 700 MPa until reaching astrain of 40%. Under dynamic loading, the maximum stresses of the composites were considerably higher than those under quasi-static loading because of the strain-rate hardening effect, whereas the fracture strains were considerably lower than those under quasi-static loading because of the decreased resistance to fracture. The STS-fiber-reinforced composite showed a greater compressive strength and ductility under dynamic loading than the tantalum-fiber-reinforced composite because of the excellent resistance to fracture of STS fibers.
고 변형률 속도에 대한 소재의 동적 압축 물성은 고속 충돌 및 고속 성형 등 동적 환경에서의 유한요소 해석의 신뢰성 향상을 위해 필수적이다. 일반적으로 고 변형률 속도에 대한 소재의 동적 압축 물성은 SHPB(Split Hopkinson Pressure Bar) 장비를 통해 획득 가능하다. 본 연구에서는 최근 무인 항공기에 확대 적용되고 있는 Woven type CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) 소재에 대한 충돌 해석에 대응하기 위해 SHPB 장비를 활용하여 해당 소재의 동적 압축 물성을 획득하였다. 또한 Pulse shaper를 활용하여, Elastic-brittle 특성을 지니는 소재에 대한 일정한 변형률 속도 확보 및 실험 데이터에 대한 신뢰도를 향상시켰다. CFRP 소재의 경우 방향 별 기계적 물성이 다른 이방성 소재이므로 두께 방향과 면내 방향 시편을 제작하여 각각 실험을 수행하였다. SHPB 실험 결과 면내 방향 시편의 경우 일정한 변형률 속도 영역에 도달하기 전, 시편의 파단이 발생하여 데이터의 재현성 및 신뢰성 확보에 어려움이 있는 반면, 두께 방향의 시편의 경우 시편 전·후면 응력일치도가 우수하여 데이터 신뢰도가 높으며, 일정한 변형률 속도 영역을 획득할 수 있다. LS-dyna를 활용한 유한요소해석을 통해, 압력봉으로부터 측정되는 데이터는 시편과 압력봉의 변형에 의해 변형률이 과도하게 예측되는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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