Doświadczalna metoda oraz badania plastycznego płynięcia metali w zakresie bardzo wysokich prędkości odkształcenia

Malinowski, J. Z.; Kowalewski, Z. L.; Kruszka, L.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Doświadczalna metoda oraz badania plastycznego płynięcia metali w zakresie bardzo wysokich prędkości odkształcenia

Autorzy

Malinowski J. Z. , Kowalewski Z. L. , Kruszka L.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

http://prace.ippt.gov.pl/

Identyfikatory

Warianty tytułu

Języki publikacji

Abstrakty

Dokładne poznanie właściwości plastycznych materiałów, a w tym metali, w warunkach obciążeń dynamicznych stanowi poważny problem techniczny. Wiadomo jest już od dość dawna, że właściwości plastyczne większości materiałów zależne są od prędkości odkształcenia i temperatury, od historii prędkości odkształcenia i historii temperatury a także od mikrostruktury materiału. Dla prędkości odkształcenia wyższych od 1 Os"1, wrażliwość na prędkość odkształcenia większości metali i ich stopów znacznie wzrasta i w związku z tym dla sformułowania zależności konstytutywnych potrzebne są dokładne badania doświadczalne w szerokim zakresie prędkości odkształcenia od 10"4 s_i do l(f s~\ Jedną z istniejących trudności w badaniach doświadczalnych przy wysokich prędkościach odkształcenia jest zjawisko lokalizacji odkształcenia w badanej próbce. Zjawisko to występuje szczególnie w próbkach badanych na rozciąganie oraz skręcanie. Mniej wrażliwe na powstanie lokalizacji odkształcenia są próbki poddane dynamicznemu ściskaniu. Podstawową doświadczalną metodą stosowaną najczęściej dla określenia plastycznych właściwości metali w zakresie prędkości odkształcenia wyższych od 10V! jest metoda Direct Impact Compression Test (DICT), będąca modyfikacją znanej metody Hopkmson Pressure Bar (HPB)- modyfikacja ta polega na bezpośrednim uderzeniu pręta pocisku w badaną próbkę , opartą o sprężysty pręt pomiarowy. W obecnej pracy zaproponowano modyfikację techniki (DICT) dającą możliwość znacznego podwyższenia osiąganych w doświadczeniu wielkości odkształcenia oraz prędkości odkształcenia. Przedstawiono opis i analizę proponowanej metody, w tym sposób pomiaru prędkości odkształcenia, odkształcenia i naprężenia. W przeprowadzonej analizie uwzględniono wpływ efektu tarcia na płaszczyznach czołowych próbki, sił bezwładności oraz adiabatycznego nagrzewania spowodowanego odkształceniem plastycznym w materiale próbki na dokładność wyników badan. Wskazano również na korzyści jakie dają zmiany zaproponowane w technice (DICT). W literaturze przedmiotu często nazwy "metoda "(HPB)", ,,metoda(DICT)" zastępowane są przez ,,technika (HPB)". "technika (DICT). W pracy przedstawiono też zbudowane w laboratorium I PPT PAN stanowisko do badan na dynamiczne ściskanie z zastosowaniem zmodyfikowanej techniki (DICT). Oprócz zmodyfikowanej techniki (DICT), w pracy przedstawiono również doświadczalne badania plastycznych właściwości, w szerokim zakresie prędkości odkształcenia, trzech wybranych stali konstrukcyjnych. Uzyskane wyniki w postaci zależności naprężenia od odkształcenia oraz naprężenia od prędkości odkształcenia dla stali 34GS przedstawione są w rozdziale 3, natomiast dla stali 18G2 I St3SX przedstawione są w ostatnim, czwartym rozdziale pracy.

Słowa kluczowe

właściwości plastyczne metali inżynieria materiałowa

materials engineering

Wydawca

Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN

Czasopismo

Prace Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN

Rocznik

2007

Tom

nr 10

Strony

3--88

Opis fizyczny

Bibliogr. 60 poz.

Twórcy

autor

Malinowski J. Z.

autor

Kowalewski Z. L.

autor

Kruszka L.

Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk

Bibliografia

1. Kolsky H., "An Investigation of the Mechanical Properties of Materials at Very High Rates of Loading", Proc. Phys. Soe. London, 62B, 676 (1949).
2. Lindholm U.S., "Some Experiments with the Split Hopkinson Pressure Bar", J. Mech. Phys. Solids, 12 (5), 317 (1964).
3. Davies, E. D. H. and Hunter, S. C, "The Dynamie Compression Testing of Solids by the Method of the Split Hopkins Pressure Bar", J. Mech. Phys. Solids, ii, 155 (1963).
4. Lindholm, U.S. and Yeakley, L. M., "Dynamie Deformation of Single and Polycrystalline Aluminium", J. Mech. Phys. Solids, 13, 41 (1965).
5. Harding, J. Wood, E. O., Cambell, J. D., "Tensile Testing of Materials at Impact Rates of Strain", J. Mech. Eng. Sci., 2, 88 (1960).
6. Nicholas, T, "Tensile Testing of Materials at High Rates of Strain", Experimental Mechanics, 21, 177 (1981).
7. Duffy, J., Campbell, J. D. Hawley, R. M. "On the Use of a Torsional Split Hopkinson Bar to Study Ratę Effects in 1100-0 Aluminium, J. Appl. Mech. 93, (3), 83 (1971).
8. Sensey, P. E., Duffy, J. and Hawley, R. M., "Experiments on Strain Ratę History and Temperaturę Effects During the Plastic Deformation of Close-Packed Metals", J. Appl. Mech., Trans. ASME, 45, 60 (1978).
9. Campbell, J. D. and Ferguson, W. G., "The Temperaturę and Strain - Ratę Dependence of the Shear Strength of Mild Steel, Phil. Mag., 81, 63 (1970).
10. Harding, J. and Huddart, J. "The Use of the Double - Notch Shear Test in Determining the Mechanical Properties of Uranium at Very High Rates of Strain", Proc. Conf. On Mech. Prop. At High Rates of Strain, Conf. Ser. No. 47, Oxford, March (1979), 49.
11. Dharan, C. K. M., Hauser, F. E., "Determination of Stress - Strain Characteristic at Very High Strain Rates", Experimental Mechanics, 10, 370 (1970).
12. Malinowski, J.Z. and Klepaczko, J.R., "A Unified Analytic and Numerical Approach to Specimen Behaviour in the SHPB", Int. J. Mech. Sci., 28, 381 (1986).
13. Gorham, D.A., Pope, P.H. and Cox, O., "Sources of Error in Very High Strain Ratę Compression Tests", Proc. Conf. on Mech. Prop. at High Rates of Strain, Oxford, Conf. Ser., 70, 151 (1984).
14. Lindholm, U.S., "Deformation Maps in the Region of High Dislocation Velocity", Proc. IUTAM Symposium on High velocity Deformation of Solids, Tokyo, 1977, Springer- Verlag, Berlin Haidelberg New York 26 (1978).
15. Gorham, D. A., "Measurement of Stress-Strain Properties of Strong Metals at Very High Rates of Strain", Proc. Conf. On Mech. Prop. At High Rates Strain, Conf. Ser. No. 47, Oxford, March 16 (1979).
16. Kamler, F., Niessen, P. and Pick, R.J. "Measurement of the Behavior of High Purity Copper at Very High Rates of Strain", Canad. J. Phys. 73, 295 (1995).
17. Safford, N. A., "Materials Testing up to IO5 s"1 Using a Miniaturized Hopkinson Bar with Dispersion Corrections", in: Proe. 2nd Intl. Symp. on Intense Dynamic Loading and its Efects, Sichuan University Press, Chengdu, China, 378 (1992).
18. Jia, D. and Ramesh, K.T., "A Rigorous Assessment of the Benefits of Miniaturization in the Kolsky Bar System", Experimental Mechanics, 44, 445 (2004).
19. Klepaczko, J. R., "Advanced Experimental Techniques in Materials Testing", in: New Experimental Methods in Material Dynamics and Impact, Inst. Fund. Technological Res., Polish Academy of Sciences, Warsaw , 223 (2002).
20. Wulf, G. L. and Richardson, G. T., "The Measurement of Dynamic Stress-Strain Relationships at Very High Strains" , J. Phys. E: Sei. Instrum.7, 167 (1974).
21. Wulf, G. L., "Dynamic Stress-Strain Measurements at Large Strains", in: Mechanical Properties at High Rates of Strain , Conf. Ser. N° 21, The Inst. Phys. London, 48 (1974).
22. Gorham, D. A., "A Numerical Method for the Correction of Dispersion in Pressure Bar Signals", J.Phys. E: Sei. Instrum. 16,477 (1983).
23. Gorham D.A., Pope P.H. i Field J.E. An Improved Method for Compressive Stress-Strain Measurements at Very High Strain Rates, Proc. Roy. Soc. London A, 483, 151(1992).
24. Shioiri, J., Sakino, K. and Santoh, S., "Strain Rate Sensitivity of Flow Stress at Very High Rates of Strain", IUTAM Symp. Constitutive Relation in High/Very High Strain Rates, EDS. Kawata K. and Shioiri J., Springer-Verlag, Tokyo 49, (1966).
25. Sakino, K. and Shioiri, J., "Dynamic Flow Stress Response of Aluminum to Sudden Reduction in Strain Rate at Very High Strain Rates", J. Phys. IV, Colloque C3, France, 1, C3/35 (1991).
26. Ostwald, D., Klepaczko, J. R. and Klimanek P., "Compression Tests of Polycrystalline a- Iron up to High Strains Over a Large Range of Strain Rates", J. Phys. IV, Colloque C3, France, 7 , C3/385 (1997).
27. S. Abou - Sayed, R. J. Clifton, L. Hermann, The oblique plate impact experiment, Exp. Mech., 16, 127 (1976).
28. Y. M. Gupta, Shear measurements in shock loaded solids, Appl. Phys. Lett., 29,694(1976).
29. K. S. Kim, R. J. Clifton, P. Kumar, A combined normal and transverse displacement interferometr with an application to impact of y-cat quartz, J. Appl. Phys., 48, 4132 (1977).
30. C. H. Li, A pressure - shear experiment for studying the dynaniic plastic response of metals and shear strain rates of 10V1, Ph. D. Thesis, Brown University, Providence, RI, 1982.
31. R. W. Klopp, R. J. Clifton, T. G. Shawki, Pressure - shear impact and the dynamic viscoplastic response of metals, Mech. Mat., 4, 375 (1985).
32. S. Huang, R. J. Clifton, Dynamic response of OFHC copper at high shear strain rates in macro-and micro-mechanics of high velocity deformation and fracture (K. Kawata, J. Shiori, Eds.), Springer - Verlag, Berlin, 63 (1987).
33. S. R. Bodner, Material modeling at high rates of strain, Impact Loading and Dynamic Behavior of materials (C. Y. Chiem, H. D. Kunze, L. W. Meyer, Eds.), DGM Informationsgesellschaft Verlag 1988.
34. J.Z. Malinowski, L. Dietrich, L. Kruszka, Z.L. Kowalewski, Raport projektu badawczego KBN Nr 7 T07A 02118 pt. Opracowanie doswiadczalnej metody badania lepkoplastycznych wlasnosci metali w zakresie bardzo wysokich prędkosci odksztalcenia 10 000 < £ < 100 000 Vs.
35. E. Levin, Identation pressure of a smooth circular punch, Quart. Appl. Mech., 13, 133 (1955).
36. R. T. Shield, On the plastic flow of metals under conditions of axial symmetry, Proe. Roy. Soc. 233A, No. 1193, 267 (1955).
37. S. Timoshenko, J.N. Goodier, Teoria spr^zystosci, Arkady, Warszawa, 1962.
38. G. T. Van Rooyen, W. A. Backofen, A study of interface friction in plastic compression, Int. J. Mech. Sciences, 1.1, 1 (1960).
39. R. Klepaczko, J. Z. Malinowski, Dynamic frictional effects as measured from the split Hopkinson pressure bar, High Velocity Deformation of Solids, Springer - Verlag, Berlin Heidelberg, 403 (1979).
40. J. Z. Malinowski, O pewnej metodzie analizy wptywu tarcia w procesie plastycznego sciskania probki walcowej, Mechanika Teoretyczna i Stosowana, 14, 3, 347 (1976).
41. S. K. Samanta, Dynamic deformation of aluminum and cooper at elevated temperatures, J. Mech. Phys. Solids, 19, 111, (1971).
42. Bertholf, L.D. and Kårnes, C.H., "Two Dimensional Analysis of the Split Hopkinson Pressure Bar System", J. Mech. Phys. Solids, 23, 1 (1975).
43. Malinowski, J.Z., "Cylindrical Specimen Compression Analysis in the Split Hopkinson Pressure Bar System", Engng. Trans.,35 (4), 551 (1987).
44. J. L. Rand, I. W. Jackson, The split Hopkinson pressure bar. Behavior of dense media under high dynamic pressure, Gordon and Breach, New York 1967.
45. Klepaczko J.R. and Duffy J., "Strain Rate History Effects in Body-Center-Cubic Metals", ASTM-STP 765, 251 (1982).
46. Klepaczko J.R., "Generalized Conditions for Stability in Tension Test", Int. J. Mech. Sei., 10, 297 (1968).
47. Semiatin, S.L. and Jonas, J.J., "Formability and Workability of Metals", ASM, Metals Park, Ohio (1984).
48. Kruszka, L., "Behaviour of Structural Steel at High Strain Rates and at Elevated and Low Temperatures", Proc. ISIE-5, University of Cambridge, UK (2004).
49. G. R. Johnson and W. M. Cook, A Constitute Model and Data for Metals Subjected to Large Strains, High Strain Rates and High Temperatures, in Proceedings of the Seventh International Symposium on Ballistic, The Hauge, The Netherlands, 541 (1983).
50. G. R. Johnson and T. J. Holmquist, Evaluation of Cylinder - Impact Test Data for Constitutive Model Constans, J. Appl. Phys., 64, 3901 (1988).
51. H. R. Lips, Weisshaupt, T. W. Niemeyer, Dynamic behavior and properties of heavy metals - experimental approach to separation of parameters in the Johnson - Cook model, Proceedings of Tenth International Symposium on Ballistics, vol. II, 1987, San Diego, CA.
52. U. S. Lindholm and L. M. Yakley, A dynamic biaxial testing machine, Experimental Mechanics, 7, 1 (1967).
53. J. D._ Campbell and W. G. Ferguson, The temperature and strain-rate dependence of the shear strength of mild steel, Phil. Mag. 81, 63 (1970).
54. J. Harding, The temperature and strain rate sensitivity of oc-titanium, Arch. Mechanics, 27, 715 (1975).
55. L. Kruszka, M. Wolna, Kruche materialy elastooptyczne w badaniach doswiadczalnych stanu napr^zenia i odksztatcenia, Prace IPPT PAN, Nr 22 (1991).
56. L. Kruszka, W. K. Nowacki, M. Wolna, Statyczne i dynamiczne badania kruchego materialu elastooptycznego, Prace IPPT PAN, Nr 3 (1992).
57. L. Kruszka, W. K. Nowacki, M. Wolna, Strength and fracture analysis of brittle photoelastic material-static and dynamic tests, Engineering Transactions, 3, 40, 343 (1992).
58. R. Chmielewski, L. Kruszka, W. Mlodozeniec, Badania wlasciwosci statycznych i dynamicznych stali konstrukcyjnej 18G2, Biuletyn W AT, Nr 11-12(LIII),31(2004).
59. L. Kruszka, R. Rekucki, Wlasnosci statyczne i dynamiczne stali konstrukcyjnej StOS, Biuletyn WAT, 12, LI, 19 (2002).
60. G. Bąk, A. Stolarski, Delayed yield effect in dynamic flow of elastic/visco-plastictly material, Arch. Mech. 4-5, 37, 285 (1985).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BPB4-0040-0004