[학위논문]금속 재료의 결정 구조와 변형률 속도에 따른 JC 구성방적식 변수 결정 연구 Determination studies on JC constitutive equation parameters of strain rate effect in metallic materials crystal structure원문보기
본 논문은 금속 소재의 변형률 속도에 따른 동적 경화 현상을 모사하는 Johnson-Cook 구성방정식의 변수 결정 시험법에 대한 연구이다. 대부분의 금속 소재는 탄성 구간을 지나 소성 변형시 평균 결정립의 크기, 슬립계에서 전위의 이동, 쌍정의 생성 등으로 경화 현상이 나타난다. 금속 재료의 결정구조인 BCC, ...
본 논문은 금속 소재의 변형률 속도에 따른 동적 경화 현상을 모사하는 Johnson-Cook 구성방정식의 변수 결정 시험법에 대한 연구이다. 대부분의 금속 소재는 탄성 구간을 지나 소성 변형시 평균 결정립의 크기, 슬립계에서 전위의 이동, 쌍정의 생성 등으로 경화 현상이 나타난다. 금속 재료의 결정구조인 BCC, FCC, HCP에 대해 각각 대표적 소재로 AISI-4340, OFHC-Cu, Ti-6Al-4V를 선정하여 정적 구간인 0.001/s, 1/s과 이상의 고변형률 속도 구간에서 인장, 압축 시험을 통해 재료의 동적 물성을 측정하였다. 일반적으로 JC 모델의 변수를 결정하기 위하여 정적 영역에서는 인장 시험을 기준으로 하며 고변형률 속도에서는 SHPB 시험 장치를 사용한 동적 물성 시험을 수행하여 변수를 결정한다. 본 논문에서는 기존의 혼합형 시험법, 압축형 시험법, 인장형 시험법에 따른 JC 모델 변수를 결정하였으며, 그 결과를Taylor 충돌 시험을 통해 비교하였다. 정적 영역에서는 상용 재료시험기인 MTS-810을 사용하여 인장, 압축 시험을 각각 0.001/s, 1/s의 변형률 속도로 수행하였다. 이상의 고변형률 속도 영역에서 1차원 탄성파 전파 이론을 사용하여 재료의 변형률 속도에 따른 동적 물성 연구를 위해 널리 이용되고 있는 SHPB, SHTB 시험 장치를 활용하였다. 변형률 속도에 따라 항복강도가 증가하는 현상이 나타났으며 고변형률 속도에서는 급격한 증가 현상이 관찰되었다. Ti-6Al-4V 합금은 유동 응력이 증가하는 경화현상이 거의 발생하지 않았다. Taylor 충돌 시험은 국부적으로 이상의 변형이 일어나며 앞선 실험을 통해 결정된 JC 모델의 변수를 검증하기 위한 실험으로 널리 이용된다. 혼합형, 압축형, 인장형 세 종류의 시험법에 따라 JC 구성방정식의 변수를 결정하였다. 상용 해석 프로그램인 LS-DYNA를 활용하여 결정된 변수에 대한 Taylor 충돌 시험의 유한요소해석을 수행하였으며 이를 실험 결과와 비교 분석하였다. 시험 결과를 통해 OFHC-Cu, AISI-4340의 경우 인장형 시험법을 통해 결정된 변수를 적용하였을 때 실험 결과와 가장 유사한 결과를 나타내었다. Ti-6Al-4V의 경우 혼합된 시험법을 통해 결정된 변수를 적용하였을 때 가장 유사하게 모사되었다. 시험법의 종류에 따라 JC 모델 변수의 결정에 있어 많은 차이가 발생함을 확인하였다. 따라서 동적 경화현상을 모사하는 JC 구성방정식의 변수를 결정하기 위해서는 소재의 결정구조에 따라 적합한 시험법을 선정하여 사용하는 것이 매우 중요하다.
본 논문은 금속 소재의 변형률 속도에 따른 동적 경화 현상을 모사하는 Johnson-Cook 구성방정식의 변수 결정 시험법에 대한 연구이다. 대부분의 금속 소재는 탄성 구간을 지나 소성 변형시 평균 결정립의 크기, 슬립계에서 전위의 이동, 쌍정의 생성 등으로 경화 현상이 나타난다. 금속 재료의 결정구조인 BCC, FCC, HCP에 대해 각각 대표적 소재로 AISI-4340, OFHC-Cu, Ti-6Al-4V를 선정하여 정적 구간인 0.001/s, 1/s과 이상의 고변형률 속도 구간에서 인장, 압축 시험을 통해 재료의 동적 물성을 측정하였다. 일반적으로 JC 모델의 변수를 결정하기 위하여 정적 영역에서는 인장 시험을 기준으로 하며 고변형률 속도에서는 SHPB 시험 장치를 사용한 동적 물성 시험을 수행하여 변수를 결정한다. 본 논문에서는 기존의 혼합형 시험법, 압축형 시험법, 인장형 시험법에 따른 JC 모델 변수를 결정하였으며, 그 결과를Taylor 충돌 시험을 통해 비교하였다. 정적 영역에서는 상용 재료시험기인 MTS-810을 사용하여 인장, 압축 시험을 각각 0.001/s, 1/s의 변형률 속도로 수행하였다. 이상의 고변형률 속도 영역에서 1차원 탄성파 전파 이론을 사용하여 재료의 변형률 속도에 따른 동적 물성 연구를 위해 널리 이용되고 있는 SHPB, SHTB 시험 장치를 활용하였다. 변형률 속도에 따라 항복강도가 증가하는 현상이 나타났으며 고변형률 속도에서는 급격한 증가 현상이 관찰되었다. Ti-6Al-4V 합금은 유동 응력이 증가하는 경화현상이 거의 발생하지 않았다. Taylor 충돌 시험은 국부적으로 이상의 변형이 일어나며 앞선 실험을 통해 결정된 JC 모델의 변수를 검증하기 위한 실험으로 널리 이용된다. 혼합형, 압축형, 인장형 세 종류의 시험법에 따라 JC 구성방정식의 변수를 결정하였다. 상용 해석 프로그램인 LS-DYNA를 활용하여 결정된 변수에 대한 Taylor 충돌 시험의 유한요소해석을 수행하였으며 이를 실험 결과와 비교 분석하였다. 시험 결과를 통해 OFHC-Cu, AISI-4340의 경우 인장형 시험법을 통해 결정된 변수를 적용하였을 때 실험 결과와 가장 유사한 결과를 나타내었다. Ti-6Al-4V의 경우 혼합된 시험법을 통해 결정된 변수를 적용하였을 때 가장 유사하게 모사되었다. 시험법의 종류에 따라 JC 모델 변수의 결정에 있어 많은 차이가 발생함을 확인하였다. 따라서 동적 경화현상을 모사하는 JC 구성방정식의 변수를 결정하기 위해서는 소재의 결정구조에 따라 적합한 시험법을 선정하여 사용하는 것이 매우 중요하다.
This thesis describes the research on the determination test method of model parameter values in Johnson-Cook constitutive equation which predicts the dynamic strain hardening phenomenon that depends on the strain rate variation of the metal material. Most of the metals show the strain hardening phe...
This thesis describes the research on the determination test method of model parameter values in Johnson-Cook constitutive equation which predicts the dynamic strain hardening phenomenon that depends on the strain rate variation of the metal material. Most of the metals show the strain hardening phenomena influenced by the factors of the average grain size, the mobility of dislocations in the slip system, the rise of twinning, etc. The AISI-4340, OFHC-Cu and Ti-6Al-4V are selected as a representative material for BCC, FCC and HCP crystal structures of metal. And tensile, compressive tests are executed at 0.001/s, 1/s and higher than strain rate region. Generally for the decision of JC constitutive equation parameters, tensile test is executed in the static range and dynamic material property test is executed at the high strain rate with SHPB apparatus. In this thesis, parameters of JC constitutive equation are determined by the mixed type, the compressive and the tensile methods and the result is compared with Taylor impact test one. MTS-810 is used for the tensile & compressive tests at the strain rates of 0.001/s and 1/s those are in quasi-static strain rate region. The 1D elastic wave propagation theory was adapted at high strain rate just like higher than , and SHPB, SHTB apparatus were used, those are widely used for the research of dynamic material property that is influenced by the high strain rate. The yield strength shows increment at the strain rate and rapidly increased at high strain rate especially. Ti-6Al-4V alloy hardly allows the strain hardening phenomenon which increases the flow stress. Taylor impact test is widely used for the verification of JC constitutive equation parameter values those determined by the experiment at the strain rate higher than in local. Parameters in JC constitutive equation were determined by following the three test methods(mixed, compression and tension). FEM analysis on Taylor impact test was executed by using LS-DYNA and the experimental test result and simulated one are compared with each other and analyzed. In cases of OFHC-Cu and AISI-4340, determined parameters by the tension method show the best simulated result comparing with the experimental result. In case of Ti-6Al-4V alloy, the parameters which were determined by the conventional test method show the excellent performance in the simulation job. It is found that there are serious differences for the determination of the model parameters in JC constitutive equation due to the test methods. As a conclusion, it is a very important thing to select the suitable test method by considering the crystal structure of the material for the determination of the model parameters in JC constitutive equation on purpose of dynamic strain hardening phenomena simulation.
This thesis describes the research on the determination test method of model parameter values in Johnson-Cook constitutive equation which predicts the dynamic strain hardening phenomenon that depends on the strain rate variation of the metal material. Most of the metals show the strain hardening phenomena influenced by the factors of the average grain size, the mobility of dislocations in the slip system, the rise of twinning, etc. The AISI-4340, OFHC-Cu and Ti-6Al-4V are selected as a representative material for BCC, FCC and HCP crystal structures of metal. And tensile, compressive tests are executed at 0.001/s, 1/s and higher than strain rate region. Generally for the decision of JC constitutive equation parameters, tensile test is executed in the static range and dynamic material property test is executed at the high strain rate with SHPB apparatus. In this thesis, parameters of JC constitutive equation are determined by the mixed type, the compressive and the tensile methods and the result is compared with Taylor impact test one. MTS-810 is used for the tensile & compressive tests at the strain rates of 0.001/s and 1/s those are in quasi-static strain rate region. The 1D elastic wave propagation theory was adapted at high strain rate just like higher than , and SHPB, SHTB apparatus were used, those are widely used for the research of dynamic material property that is influenced by the high strain rate. The yield strength shows increment at the strain rate and rapidly increased at high strain rate especially. Ti-6Al-4V alloy hardly allows the strain hardening phenomenon which increases the flow stress. Taylor impact test is widely used for the verification of JC constitutive equation parameter values those determined by the experiment at the strain rate higher than in local. Parameters in JC constitutive equation were determined by following the three test methods(mixed, compression and tension). FEM analysis on Taylor impact test was executed by using LS-DYNA and the experimental test result and simulated one are compared with each other and analyzed. In cases of OFHC-Cu and AISI-4340, determined parameters by the tension method show the best simulated result comparing with the experimental result. In case of Ti-6Al-4V alloy, the parameters which were determined by the conventional test method show the excellent performance in the simulation job. It is found that there are serious differences for the determination of the model parameters in JC constitutive equation due to the test methods. As a conclusion, it is a very important thing to select the suitable test method by considering the crystal structure of the material for the determination of the model parameters in JC constitutive equation on purpose of dynamic strain hardening phenomena simulation.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.