Abstract
This study has observed that the dynamic behavior of Metal Matrix Composites (MMCs) in low velocity impact varies with impact velocity. MMCs with 15 fiber volume percent were fabricated by using the squeeze casting method. The AC8A was used as the matrix, and the alumina and the carbon were used as reinforcements. The tensile and vibration tests conducted yielded the yielded the tensile stress and elastic modulus of MMCs The low pass filter and instrumented impact test machine was adopted to study dynamic behaviors of MMCs corresponding to impact velocity. Stable impact signals were obtained by using the low pass filter. Impact corresponding to impact velocity. Stable impact signals were obtained by using the low pass filter. Impact energy of unreinforced alloy and MM s increased as the impact velocity increased. The increase of crack propagation energy was especially prominent, but the dynamic toughness of each material did not change much. To show the relation between crack initiation energy and dynamic fracture toughness, a simple model was proposed by using the strain energy and stress distribution at notch. The model revealed that crack initiation energy is proportional to the square of dynamic fracture toughness and inversely proportional to elastic modulus.
본 연구에서는 저속 충격에서 충격 속도에 따른 금속복합재료의 동적 거동을 연구하였다. 시험에 사용된 재료는 모재로 AC8A와 보강재로 알루미나($Al_2O_3$)와 탄소를 사용하였으며 용탕 주조법을 이용하여 금속복합재료를 제조하였다. 금속복합재료에는 15%의 부피분율을 가진 알루미나 예비성형체와 알루미나와 탄소를 각각 12%와 3% 사용한 혼합 에비성형체가 사용되었다. 제조된 금속복합재료는 인장 시험과 진동 시험을 통해 인장 강도와 탄성계수를 구하였으며, 저주파 여파기(low pass filter)와 계장화 충격 시험기를 이용하여 충격 속도에 따른 금속복합재료의 충격 거동을 연구하였다. 저주파 여파기를 이용함으로써 충격 속도에 관계없이 안정적인 실험치를 확보할 수 있었다. 충격 속도의 증가에 따라 모재와 금속복합재료의 충격에너지는 증가하였으나, 동적인성치는 일정한 값을 보였다. 충격 속도가 증가할수록 충격에너지 중 균열전파에너지의 향상이 두드러졌으며, 재료의 변형량이 증가하였다. 충격에너지 중 균열개시에너지와 동적파괴인성치의 관계를 설명하기 위하여 변형율 에너지와 노치에서의 응력 분포를 이용하여 간단한 모델을 제시하였으며, 이로부터 균열개시에너지는 동적 파괴 인성치의 자승에 비례하고 탄성계수에 반비례하는 것을 보였다.
