Numerical analysis and dynamic material properties are required to analyze the behavior of workpiece during an electrohydraulic forming (EHF) process. In this study, EHF experiments were conducted under three conditions (6, 7, 8 kV). Dynamic material properties of Al 5052-H34 were inversely estimated through an ANN (Artificial Neural Network) model constructed based on LS-Dyna analysis results. Parameters of Cowper-Symonds constitutive equation, C and p, were used to implement dynamic material properties. By comparing experimental results of three conditions with ANN model results, optimized parameters were obtained. To determine the reliability of the derived parameters, experimental results, LS-Dyna analysis results, and ANN results of three conditions were compared using MSE and SMAPE. Valid parameters were obtained because values of indicators were within confidence intervals.
Strain rate investigations are needed to calibrate strain-rate-dependent material models and numerical codes. An appropriate material model, which considers the rate effects, need to be used for proper numerical modeling. The plastic concrete cut-off wall is a special underground structure that acts as a barrier to stop or reduce the groundwater flow. These structures might be subjected to different dynamic loads, especially earthquake. Deformability of a structure subjected to dynamic loads is a principal issue which need to be undertaken during the design phase of these structures. The characterization of plastic concrete behavior under different strain rates is essential for proper designing of cut-off walls subjected to dynamic loads. The Cowper-Symonds model, as one of the most commonly applied material models, complies well with the behavior of a plastic concretes in low to moderate strain rates and will be useful in explicit dynamics simulations. This paper aims to present the results of an experimental study on mechanical responses of one of the most useful types of plastic concrete and Cowper-Symonds constant determination procedures in a wide range of strain rate from 0.0005 to 107 (1/s). For this purpose, SHPB, uniaxial, and triaxial compression tests were done on plastic concrete samples. Based on the results of quasi-static and dynamic tests, the dynamic increase factors (DIF) of this material in different strain rates and stress state conditions were determined for calibration of the Cowper - Symonds material models.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제10권1호
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pp.103-118
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2018
When collision accident between ships or between ship and offshore platform occurs, a common phenomenon that occurs in structures is the plastic deformation accompanied by a large strain such as fracture. In this study, for the rational design against accidental limit state, the plastic material constants of steel plate which is heated by line heating and steel plate formed by cold bending procedure have been defined through the numerical simulation for the high speed tension test. The usefulness of the material constants included in Cowper-Symonds model and Johnson-Cook model and the assumption that strain rate can be neglected when strain rate is less than the intermediate speed are verified through free drop test as well as comparing with numerical results in several references. This paper ends with describing the future study.
본 연구에서는 유한요소해석을 이용하여 터빈 케이스의 컨테인먼트 성능 평가를 수행하였다. 충격 하중을 받는 구조물의 경우 변형률 속도가 증가함에 따라 유동 응력이 증가하기 때문에 충격 거동을 해석하기 위해서는 변형률 속도가 필수적으로 고려되어야 한다. 본 연구에서는 3가지 재료 모델(Cowper-Symonds, Johnson-Cook, Modified Johnson-Cook)을 충격 해석에 적용하고자 하였다. 해석에 적용된 재료 모델을 검증하기 위해서 알루미늄 6061 평판에 대한 충격 시험을 진행하였다. 실험과 해석 결과를 비교, 분석한 결과 Modified Johnson-Cook 모델이 가장 적은 오차를 보였다. 끝으로 해당 재료 모델을 터빈 케이스의 컨테인먼트 성능 평가에 적용하여 블레이드의 초기 속도에 따른 관통 여부와 충돌 부위에서 발생한 응력과 변형률을 제시하였다.
The current study aims to prove that high-speed forming has better formability than conventional low-speed forming. Experimentally, the quasi-static forming limit diagram was obtained by Nakajima test, and the dynamic forming limit diagram was measured by electrohydraulic forming. For the experiments, the LS-DYNA was used to create the optimal specimen for electrohydraulic forming. The strain measurement was performed using the ARGUS, and comparison of the forming limit diagrams confirmed that EHF showed better formability than quasi-static forming. Theoretically, the Marciniak-Kuczynski model was used to calculate the theoretical forming limit. Swift hardening function and Cowper Symonds model were applied to predict the forming limits in quasi-static and dynamic status numerically.
This paper first reviews the physical meanings and the expressions of two representative strain rate models: CSM (Cowper-Symonds Model) and JCM (Johnson-Cook Model). Since it is known that the CSM and the JCM are suitable for low-intermediate and intermediate-high rate ranges, many studies regarding marine accidents such as ship collision/grounding and explosion in FPSO have employed the CSM. A formula to predict the material constant of the CSM is introduced from literature survey. Numerical simulations with two different material constitutive equations, classical metal plasticity model based on von Mises yield function and micromechanical porous plasticity model based on Gurson yield function, have been carried out for the stiffened plates under impact loading. Simulation results coincide with experimental results better when using the porous plasticity model.
The present paper deals with the application of the explicit finite element code, PAM-CRASH, to simulate the crash behavior of steel thin-walled tubes with various cross-sections subjected to axial loading. An isotropic elastic, linear strain-hardening material model was used in the finite element analysis and the strain-rate sensitivity of mild steel was modeled by using the Cowper-Symonds constitutive equation with modified coefficients. The modified coefficients were applied in numerical collapse simulations of 11 types of thin-walled polygon tubes: 7 convex polygon tubes and 4 concave polygon tubes. The results show that the thin hexagonal tube and the thick octagonal tube showed relatively good performance within the convex polygon tubes. The crush strengths of the hexagonal and octagonal tubes increased by about 20% and 25% from the crush strength of the square tube, respectively. Among the concave tubes, the I-type tube showed the best performance. Its crush strength was about 50% higher than the crush strength of the square tube.
구조물에 충격하중이 작용하면, 그 구조물은 통상적으로 대변형을 동반하는 소성변형과 최종적으로 그에 따른 파단을 경험하게 된다. 본 연구에서는 사고적 극한 상태에 대한 합리적인 설계를 위해 열성형된 판과 냉간성형된 판의 재료상수를 고속인장시험에 대한 수치시현을 통해 정의하였다. 변형율이 중간 속도 이하인 경우에는 변형율 속도의 영향을 무시할 수 있다는 가정과 함께 Cower-Symond 모델과 John-Cook 모델에 포함되는 재료상수들의 유용성을 참고문헌들의 결과와 비교하여 입증하였다. 본 논문은 향후 연구 내용에 대한 언급을 포함하면서 마무리하였다.
UV laser micromachining of metallic materials has been used in microelectronic and other industries. This paper shows on experimental investigation of micromachining of copper using a 355nm UV laser with 50ns pulse duration. A finite element model with high strain rate effect is especially suggested to investigate the phenomena which are only dominated by mechanically pressure impact in disregard of thermally heat transfer. In order to consider the strain rate effect, Cowper-Symonds model was used. To analyze the dynamic deformation during a very short processing time, which is nearly about several tens nanoseconds, a commercial Finite Element Analysis (FEA) code, LS-DYNA 3D, was employed for the computational simulation of the UV laser micro machining behavior for thin copper material. From these computational results, depth of the dent (from one to six pulsed) were observed and compared with previous experimental results. This will help us to understand interaction between UV laser beam and material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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