Dynamical behavior of meterials under high strain rate
Malzemelerin yüksek deformasyon hızlarındaki davranışı
- Tez No: 142816
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET DEMİRKOL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2003
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
MALZEMELERİN YÜKSEK DEFORMASYON HIZLARINDAKİ DAVRANIŞLARI ÖZET Bu çalışmanın amacı, malzemelerin yüksek şekil değişimi hızlarındaki davranışlarının modellenmesi için bir metodoloji oluşturulması ve elde edilen bu davranış modelinin balistik bir penetrasyon modeli üzerinde uygulanmasıdır. Bilindiği gibi, malzemelerin davranışları, uygulanan deformasyonun hızına bağlı olarak değişir. Katıya kuvvetin uygulandığı zamanla, katının dengeye ulaştığı zaman arasındaki süre kısa ise, deformasyon statik kabul edilebilir. Yani kuvvet uygulandıktan, denge oluşuncaya kadar geçen dürede katı her“t”anında dengede kabul edilir. Fakat, deformasyon hızı yüksekse, oluşan gerilme aynı anda bütün parçada hissedilemez. Katının bir bölümü deformasyona uğrarken, başka bir bölümü gerilmeyi henüz hissetmez. Bu durumda oluşan dinamik deformasyon, parçada dalgalar halinde yayılır. Bunlra gerilme dalgaları denir. Elastik, plastik ve şok dalgalan olmak üzere üç tip gerilme dalgası vardır. Elastik dalga teorisi, özellikle bir boyutlu elastik dalga yayılımı konusu, oldukça iyi anlaşılmıştır. Fakat plastik dalgalar, malzemelerin şekil değişim hızı geçmişine bağımlılığından dolayı odukça güç modellenebilmektedir. Şok dalgaları bu tezin konusu içinde yer almamaktadır. Şekil değişim hızı, kristal kafesteki deformasyon mekanizmalarını da etkilemektedir. Düşük şekil değişimi hızlarında ve yüksek sıcaklıiarda, uzun aralıklı engeller baskındır. Bu engeller ısıl aktivasyonla aşılamadığından, ısıl-olmayan aktivasyon mekanizması bu aralıktaki deformasyondan sorumludur. Bu aralıkta akma gerilmesi sıcaklık ve şekil değişimi hızından bağımsızdır. Yüksek şekil değişim hızlarında ve daha düşük sıcaklıklarda, kısa-aralıklı engeller ön plana çıkar ve dislokasyonlar ısıl aktivasyonla bu mekanizmaları geçebilirler. Bu aralıkta akma gerlimesi sıcaklık ve şekil değişim hızından etkilenir. Daha yüksek şekil değişim hızlarında (<3500 s“1), ”phonon“'ların ve elektronların dislokasyonlarla olan etkileşimleri deformasyonu etkiler. Buna ”phonon sürüklenmesi“ adı verilmektedir. Bu aralıkta akma gerilmesi şekil değişim hızıyla lineer ve oldukça fazla bir artış göstermektedir. Dislokasyon dinamiği yardımıyla, uygulanan kuvvet karşısında malzemenin gösterdiği davranış matemtiksel olarak modellenebilir. Bu modellere bünye denklemleri denir. Bu şekilde elde edilen bünye denlemlerine fıziksel-tabanlı bünye denklemleri adı verilir. Zerilli-Armstrong modeli bu tip bir deformasyon modelidir. Diğer tip bünye denklemleri ampirik bünye denklemleridir. Bu tip denklemlerin çıkarılımında, eldeki verinin bir denkleme uydurulması amaçtır. Johnson-Cook modeli bu tipe bir örnektir. Malzemeleri yüksek deformasyon hızlarında test etmek için bir çok metod vardır. Fakat, bu metodların hiç biri henüz standart hale gelmemiştir. Diğerlerinin içinde ”split Hopkinson pressure bar (SHPB)" deneyi üzerinde en çok çalışılmış olanıdır. Bu deneyde numune iki uzun çubuğun arasına sıkıştırılır. Bir gaz tabancasıyla ateşlenen vurucu bir çubuk, giriş çubuğuna çarptırılarak giriş dalgası yaratılır. Bu elastik giriş dalgası giriş çubuğu boyunca yayılır ve numuneye geldiğinde bir kısmı yansır bir kısmı ilerlemeye devem eder. Bu dalgalar giriş ve çıkış çubuklarına yerleştirilen strain gage'ler yardımıyla ölçülebilir. Burada dikkat edilmesi gereken nokta, sadece numunenin plastik şekil değişimine uğradığıdır. Bu ölçülen veriler ile malzemenin gerilme-birim şekil değişimi diyagramı elde edilebilir. SHPB deneyi tek boyutlu elastik dalga yayılımı üzerine kurulmuştur. Deney sırasında bu durum XIsağlanmalıdır. Ayrıca numune uniform deformasyon sağlanması ikinci bir zorunluluktur. Çalışmada metaller için, gerekli varsayımlar ve tasarım kriterleri göz önüne alınarak, bir SHPB deney standi tasarımı yapılmıştır. Sonra bir SHPB çıktısından gerilme- birim şekil değişimi diyagramının nasıl elde edildiği gösterilmiştir. Çeşitli sıcaklık ve şekil değişim hızlarında elde edilen veriler (bu veriler bir makaleden alınmıştır) lineer-olmayan regresyon analizi kullanılarak Johnson-Cook modeline uydurulmuş ve sabitler elde edilmiştir. Ölçülen ve Johnson-Cook modeliyle belirlenen akma gerilmeleri oldukça yakın sonuçlar vermiştir. XII
Özet (Çeviri)
DYNAMICAL BEHAVIOR OF MATERIALS UNDER HIGH STRAIN RATE SUMMARY The aim of this thesis is to search a methodology to model the high-strain rate response of metallic materials and application of the obtained model in a case study, namely ballistic penetration problem. It is known that, when the rate of deformation increases the behavior of materials is changed considerably. If the time between the applied load and the equilibration of the solid is relatively short, then the deformation can be considered as quasi-static and it is known that the solid is in equilibrium at every time step t during deformation. However when the rate of deformation increases the whole body cannot sense the stress at the same time. While one portion felt the stress, another portion is still in its initial equilibrium. Dynamic deformation in the solid propagates as a wave. These waves are called stress waves. There are three types of stress waves, namely elastic, plastic and shock waves. The theory of elastic waves is well understood (particularly one-dimensional elastic wave propagation), however the theory of plastic wave propagation is relatively difficult to construct a model and understand fully due to strain rate history dependence of the materials. The deformation mechanisms in the lattice also depend on strain rate. At low strain rates and relatively high temperatures long-range barriers become important, since these barriers can't be overcome by thermal activation. The athermal activation mechanisms are responsible in this range and the flow stress is independent of strain rate and temperature. At high strain rates and lower temperatures short-range barriers are the dominant barriers. In this case dislocation can overcome this barriers and the flow stress is dependent on strain rate and temperature due to thermal activation. At higher strain rates (i.e. higher than 3500 s"1), the interaction of phonons and electrons with dislocations affects the deformation, which is called phonon drag. In this range dramatic and linear increase of the flow stress with the strain rate is observed. With the help of dislocation dynamics, the behavior of materials under applied loads can be modeled mathematically and they are generally called as constitutive equations. This type of constitutive equations is known as physically-based constitutive equations. Zeriili-Armstrong model can be a good example for this type of constitutive equations. Other type of the constitutive equations is empirical constitutive equations. The development of this type of constitutive equations depends on fitting the data to the material behavior. A good example of this type is Johnson-Cook model. There are several mechanical testing method applicable at high rates of strains. None of them has been standardized yet. Among the others Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) is the most studied and developed one. In SHPB test the specimen is sandwiched between to pressure bars. The incident wave is generated by a propelled striker bar with a gas gun. When the striker bar hits the specimen an elastic incident wave propagates through the bar. When the wave meets specimen, one part is reflected and the other is transmitted. The magnitude of transmitted and reflected waves can be measured by strain gages attached on the bars. In SHPB testing only the specimen is being deformed plastically. By using the measured properties of reflected and transmitted waves, the stress-strain diagram of the XIIImaterial can be obtained. SHPB experiment depends on one-dimensional elastic wave propagation. So during the test this situation should be ensured. Also uniform deformation of the specimen is very important for obtaining true results. A SHPB apparatus for metals was designed ensuring assumptions and design criteria. The construction of SHPB test system could not be realized. But using the methodology in determining stress-strain diagram from SHPB test and the data which is available in the literature, Johnson-Cook deformation model was tested by using non-linear regression analysis. A good agreement was found between the measured and predicted flow stresses of metallic materials. XIV
Benzer Tezler
- The Behavior of Al-SiCp composites under thermal cycling conditions
Al-SiCp kompozitlerin ısıl çevrim şartları altındaki davranışları
İSMAİL ÖZDEMİR
Doktora
İngilizce
2002
Metalurji MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KAZIM ÖNEL
- A1-%3 Li-%0.15 Zr alaşımının mekanik davranışına yaşlanmanın etkisi
The Effect of ageing on the mechanical behavior of A1-3% Li-0.15% Zr alloy
JAFAR GHAEMİ GUİVİ
- Çarpışma yükü altındaki yapıların sonlu elemanlar metodu ile analizi ve optimum tasarımı
Design optimization and analysis of structures under impact loading by finite element method
MURAT BÜYÜK
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Makine MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüTasarım ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HASAN KURTARAN
- Süreksiz cam elyaf takviyeli polipropilenin yorulma davranışı
Fatigue behavior of discontinuous glass fiber reinforced polypropylene
MUSTAFA SEZER
- GGG-60 sınıfı küresel grafitli dökme demirde östemperlenme ısıl işleminin çekme, yorulma ve aşınma özelliklerine etkisi
Başlık çevirisi yok
MURAT BAYDOĞAN