Metody wyznaczania właściwości mechanicznych materiałów w warunkach udarowych obciążeń rozciągających

• Autorzy: Moćko W.

Warianty tytułu

EN

Experimental methods of determining of materials mechanical properties under impact loading conditions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Współczesne techniki projektowania wykorzystujące metodę elementów skończonych wymagają zastosowania modeli materiałowych opisujących wpływ odkształcenia, temperatury oraz szybkości odkształcania na naprężenie plastycznego płynięcia. Do oceny wrażliwości na szybkość odkształcania wykorzystuje się maszyny serwo-hydrauliczne oraz pręt Kolsky’ego, odpowiednio w quasi-statycznym i dynamicznym zakresie szybkości odkształcania. W pracy przedstawiono zasadę działania pręta Kolsky’ego oraz przegląd podstawowych rozwiązań wykorzystujących tą metodykę. Przegląd zawiera metody umożliwiające badania w warunkach obciążeń rozciągających wraz z opisem typowej geometrii próbek stosowanych w przypadku badania blach. W dalszej kolejności zaprezentowano opracowane i wykorzystywane w Instytucie Transportu Samochodowego stanowisko do udarowego rozciągania materiałów wykorzystujące zasadę wstępnego naprężenia pręta inicjującego. Urządzenie zostało wykorzystane do oceny właściwości mechanicznych różnych materiałów konstrukcyjnych takich jak: stal „dual phase”, stal TRIP, komercyjnie czysty tytan oraz stop tytanu Ti6Al4V w warunkach obciążeń udarowych.

EN

The modern designing techniques based on the finite element method requires application of the material models describing influence of strain, temperature and strain rate on the flow stress. In order to determine stain rate sensitivity servo-hydraulic testing machines and Kolsky bars are used, respectively, at quasi-static and dynamic loading regime. Principle of Kolsky bar technique and review of basic experimental arrangements using Kolsky methodology were presented in this article. The review incorporates both, tensile testing methods and geometry of typical specimen used for sheet testing. Subsequently, testing stand for the tensile impact loading conditions, using pre-tension Kolsky bar, developed in the Motor Transport Institute was introduced. The device was applied to estimate mechanical properties of various materials, i.e. dual phase steel, TRIP steel, commercially pure titanium and Ti6Al4V titanium alloy under dynamic loading conditions.

Słowa kluczowe

PL

metoda elementów skończonych; MES; pręt Kolsky; stal; tytan; właściwości mechaniczne; obciążenia rozciągające

EN

finite element method; FEM; tensile methods; steel; titanium; mechanical properties

• Wydawca: Wydawnictwo ITS
• Czasopismo: Transport Samochodowy
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 4
• Strony: 65--81
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Moćko W.

• Instytut Transportu Samochodowego

Bibliografia

• [1] B. Hopkinson, A method of measuring the pressure produced in the detonation of high explosives or by the impact of bullets, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A213, 437-456, 1914.
• [2] E. Siebel, Grundlagen zur Berechnung des Kraft und Arbeitsbedarfs beim Schieden und Walzen. Stahl und Eisen 43, 1295-1298, 1922.
• [3] F. E. Hauser, Techniques for measuring stress–strain relations at high strain rates. Exp. Mechanics 6, 395–402, 1966.
• [4] H.H. Staab, A. Gilat, A direct-tension split Hopkinson bar for high strain-rate testing. Exp. Mechanics 31, 232-235, 1991.
• [5] H. Kolsky: An investigation of the mechanical properties of materials at very high rates of loading, Proceedings of the Physical Society London 62B, 676, 1949.
• [6] J. Harding, E.O. Wood, J.D. Campbell: Tensile testing of materials at impact rates of strain, J. Mech. Eng. Sci. 2, 88-96, 1960.
• [7] K. Ogawa, Impact-tension compression test by using a split-Hopkinson bar. Exp. Mechanics 24, 81-85, 1984.
• [8] K.T. Ramesh, High strain rate and impact experiments, Rozdział w książce Handbook of Experimental Solid Mechanics (pod redakcją W.N. Sharpe Jr.) Springer, Nowy Jork.
• [9] T. Nicholas, Tensile testing of materials at high rates of strain. Exp. Mechanics 21, 1981, 177-185.
• [10] Metale - Próba rozciągania przy dużych prędkościach odkształcania - Część 1: Układ prętów sprężystych, Polska Norma PN-EN ISO 2603-1.
• [11] T. Libura, W. Moćko, Z.L. Kowalewski, A New Version of Hopkinson Bar Testing Stand for Determination of Dynamic Tensile Characteristics. 39th Solid Mechanics Conference, Book of Abstracts, Edt. Zbigniew L. Kowalewski, Warszawa - Zakopane, 311-312, 2014.
• [12] U. S. Lindholm, L. M. Yeakley, High strain-rate testing tension and compression. Exp. Mechanics 8, 1-9, 1968.
• [13] W. Moćko, A. Brodecki, Application of the digital image correlation method for determining true stress-strain curves of commercially pure titanium under dynamic loading conditions, Recent advances in mechanics and materials in design, Ponta Delgada, Portugal, 26-30 July 2015, FEUP-INEGI, 393-394, 2015.
• [14] W. Moćko, A. Brodecki, Application of optical field analysis of tensile tests for calibration of the Rusinek-Klepaczko constitutive relation of Ti6Al4V titanium alloy, Mater. Design 88, 320-330, 2015.
• [15] W. Moćko, A. Brodecki, L. Kruszka, Mechanical response of dual phase steel at quasistatic and dynamic tensile loadings after initial fatigue loading, Mech. Mater. 92, 18-27, 2016.
• [16] W. Moćko, A. Brodecki, J. Radziejewska, Effects of pre-fatigue on the strain localization during tensile tests of DP 500 steel at low and high strain rates, J. Strain Analysis 50, 571-583, 2015.
• [17] W. Moćko, Z. L. Kowalewski, Application of FEM in the assessment of phenomena associated with dynamic investigations on a miniaturised DICT testing stand, Kovove Mater. 51, 71 82, 2013.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.