This paper presents a study on the crashworthiness of the scaled-down stiffened panels used on a Korean icebreaker. In order to validate the crashworthiness of the panels, this paper provides various mechanical properties such as the results of a CVN test, quasi-static tensile test, and high-speed tensile test at arctic temperatures. Two types of steels (EH32 and FH32) were chosen for the material tests. CVN tests revealed that the two steels were equivalent up to −60℃ in terms of their impact energy absorption capacity. However, the toughness of FH32 was significantly superior to that of EH32. EH32 showed slightly higher flow stresses at all temperature levels compared to FH32. The improvement ratios of the yield strengths, tensile strengths, plastic hardening exponents, etc. for FH32, which were obtained from quasi-static tensile tests, showed an apparent ascending tendency with a decrease in temperature. Dynamic tensile test results were obtained for the two temperatures levels of 20℃ and −60℃ with two plastic strain rate levels of 1 s−1 and 100 s−1. A closed form empirical formula proposed by Choung et al. (2011;2013) was shown to be effective at predicting the flow stress increase due to a strain rate increase.
This paper is concerned with the material properties of functional high explosive(FHX) simulant at various strain rates ranging from $10^{-4}/sec$ to $10^1/sec$. Material properties of FHX at high strain rates are important in prediction of deformation modes of FHX in a warhead which undergoes dynamic loading. Inert FHX stimulant which has analogous mechanical properties with FHX was utilized for material tests due to safety issues. Uniaxial tensile tests at quasi-static strain rates ranging from $10^{-4}/sec$ to $10^{-2}/sec$ and intermediate strain rates ranging from $10^{-1}/sec$ to $10^1/sec$ were conducted with JANNAF specimen using a tensile testing machine, INTRON 5583, and developed high speed material testing machine, respectively. Uniaxial compressive tests at quasi-static strain rates and intermediate strain rates were conducted with cylindrical specimen using a dynamic materials testing machine, INSTRON 8801. And cyclic compressive loading tests were performed with various strain rates and strains. Deformation behaviors were investigated using captured images obtained from a high-speed camera.
Since the structural temperature of a flight vehicle flying at high speed rises rapidly due to aerodynamic heating, it is necessary for optimum structural design to obtain proper material properties at high temperature by taking into account of its operational environment. For a special alloy, analysis data on strength change due to exposure time to high temperature are very limited, and most of them are for an exposure time longer than 30 minutes for long term operations. In this study, base and weld metal samples of Ti-6Al-4V alloy had been prepared and high temperature tensile tests with induction heating were performed, and then high temperature strength characteristics and strength recovery characteristics through cooling have been analyzed. Pre-tests to determine maximum heating rate were performed, and response characteristics for temperature control were confirmed. As a result, high temperature tensile strength appeared to be lower than that of room temperature, but it was higher than that of high temperature of 30 minite exposure listed in MMPDS. In strength recovery through cooling Ti-6Al-4V alloy has shown higher recovery rate compared with other alloys.
Kim, J.S.;Huh, H.;Lee, K.W.;Ha, D.Y.;Yeo, T.J.;Park, S.J.
International Journal of Automotive Technology
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제7권5호
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pp.571-577
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2006
This paper deals with dynamic tensile characteristics for the polypropylene used in an IP(Instrument Panel). The polypropylene is adopted in the dash board of a car, especially PAB(Passenger Air Bag) module. Its dynamic tensile characteristics are important because the PAB module undergoes high speed deformation during the airbag expansion. Since the operating temperature of a car varies from $-40^{\circ}C$ to $90^{\circ}C$ according to the specification, the dynamic tensile tests are performed at a low temperature($-30^{\circ}C$), the room temperature($21^{\circ}C$) and a high temperature($85^{\circ}C$). The tensile tests are carried out at strain rates of six intervals ranged from 0.001/sec to 100/sec in order to obtain the strain rate sensitivity. The flow stress decreases at the high temperature while the strain rate sensitivity increases. Tensile tests of polymers are rather tricky since polymer does not elongate uniformly right after the onset of yielding unlike the conventional steel. A new method is suggested to obtain the stress-strain curve accurately. A true stress-strain curve was estimated from modification of the nominal stress-strain curves obtained from the experiment. The modification was carried out with the help of an optimization scheme accompanied with finite element analysis of the tensile test with a special specimen. The optimization method provided excellent true stress-strain curves by enforcing the load response coincident with the experimental result. The material properties obtained from this paper will be useful to simulate the airbag expansion at the normal and harsh operating conditions.
This paper deals with the dynamic tensile characteristics of the steel sheets for structural members of a train. Train accidents occurs rarely but lead to many casualties and economical loss. Therefore the safety of the train becomes important during the train crash. The dynamic tensile characteristics of the steel sheets are indispensable to analyze the structural crashworthiness. Current research reports the stress-strain curves, fracture elongation and strain rate sensitivities evaluated at the various strain rates especially for SUS304L-ST and SUS304L-LT steel sheets. The results include the difference in the dynamic tensile characteristics of both rolling and transverse directions. Dynamic tensile tests were performed at the strain rates ranging from 0.003/sec to 200/sec using High Speed Material Testing Machine. The materials tested in this research shows interesting behavior at the low strain rates. The strain hardening exponent decreases remarkably while the yield strength increases.
After high power lasers are avaliable in the commercial market, the number of applications of the laser welding has been increased in manufacturing industries. Although the tailored blank laser welding of butt jointed steel sheets is well known recently in the automotive industries, the lap joint laser welding is a new technology to the automotive manufacturing people as well as the design people. But the deep penetration laser welding seems to be preferred to the partial penetration welding for the lap joint welding in the automotive manufacturers because the partial penetration is a serious deflect for the butt joint. In this study, the feasibility of partial penetration welding fur the lap joint $CO_2$ laser welding was studied fur the 1mm thick 390MPa high strength steel sheets for automotive bodies. The process window of the lap joint partial penetration welding was obtained from experiments with the gap size and the welding speed as process parameters. The partial penetration welding was found excellent on the basis of the tensile shear strength and sectional geometry. The bead width, input energy Per volume, tensile-shear strength, deformation energy and the sectional geometries after tensile-shear tests of partial penetration welded specimens are compared with those of full penetration welded specimens with a series of gaps and welding speeds.
This paper provides theoretical and experimental results to verify the crashworthiness of FH32 high-strength steel for arctic marine structures against ice impact. Assuming that side-shell structures of the Korean arctic research vessel, ARAON, with ice-notation PL10, collide with sheet ice, one-third-scale test specimens with a single transverse frame are manufactured. Impact-bending tests were conducted using a rigid steel striker that mimics sheet ice. Drop height was calculated by considering the speed at which sheet ice is rammed. Prior to impact-bending tests, tensile coupon tests were conducted at various temperatures. The impact-bending tests were carried out using test specimens fully fixed to the inside bottom frame of a cold chamber. The drop-weight velocity and test specimen deformation speed were measured using a high-speed camera and digital image correlation analysis (DICA). Numerical simulations were carried out under the same conditions as the impact-bending tests. The simulation results were in agreement with the test results, and strain rate was a key factor for the accuracy of numerical simulations.
본 연구에서는 고속 충격환경을 경험하는 플라스틱 구조 소재에 대한 인장속도별 물성 평가 시험 및 구조건전성 평가에 음향방출 기법을 적용하였다. 인장속도별 물성 평가시험을 통하여 플라스틱 소재 구조물의 건전성 평가에 유용한 음향방출 신호 특성 인자들을 획득하였다. 인장속도에 따른 인장강도는 저속 인장속도 구간에서는 속도가 증가함에 따라 강도가 증가하는 특성을 보여주었으나 일정 속도 영역 이상의 고속 인장시험에서는 인장속도 증가와 무관하게 일정한 강도 값을 나타내었다. 정적 압축 구조시험에서는 음향방출 기법을 적용함으로써 플라스틱 쉘 구조물의 균열발생 시점 및 위치 등을 정확히 평가할 수 있었다.
A hydraulic tensile test machine (HSTM) is one of the devices used to obtain the flow stress of a material during high-speed elongation. This paper first describes some features of a newly built HSTM. The improvement histories of the upper and lower jigs, which are the most vital parts of the HSTM, are also presented. We have frequently witnessed test failures with 1st generation jigs and specimens due to slip between the jig and specimen. 2nd generation jigs provide more stable test results, but the use of a longer upper jig induces excessive vibration and consequently makes it difficult to attach an environment chamber. 3rd generation jigs have some advances in terms of the symmetric fastening between the upper jig and specimen, as well as an exemption from direct contact between the lower jig and specimen. The performance of an environment chamber is verified by high and low temperature tests. A high-speed displacement measurement system is introduced based on a high-speed camera and motion-tracking software with aid of a surface grid device for the specimen.
Most auto-body members fabricated by the sheet metal forming process. During this process the thickness and material properties of the sheet metal are changed with the residual stress and plastic strain. This paper deals with the material properties of the sheet metal at the high strain rate considering the pre-strain effect. Specimens are selected from sheet metals for outer panels and inner members, such as SPCEN, SPRC45E, SPRC35R and EZNCD. The specimens are prepared with the pre-strain of 2, 5 and 10 % by tensile elongation in Instron 5583, which could be equivalent to the plastic strain in sheet metal forming. High speed tensile tests are then carried out with the pre-stained specimens at the strain rate of 1 to 100/sec. The experimental result informs that the material properties are noticeably influenced by the pre-strain when the yield stress of the specimens is moderate as SPCEN, SPRC35R and EZNCD. The result also demonstrates that the ultimate tensile strength as well as the yield stress is increased as the amount of the pre-strain is increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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