Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.6
s.249
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pp.670-677
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2006
Vacuum interrupters are used in various switch-gear components such as circuit breakers, distribution switches, contactors. The electrodes of a vacuum interrupter are manufactured of sinter-forged Cu-Cr material for good electrical and mechanical characteristics. Since the closing velocity is 1-2m/s and impact deformation of the electrode depends on the strain-rate at the given velocity, the dynamic material property of the sinter-forged Cu-Cr alloy is important to design the vacuum interrupter reliably and to identify the impact characteristics of a vacuum interrupter accurately. This paper is concerned with the dynamic material properties of sinter-forged Cu-Cr alloy for various strain rates. The amount of chrome is varied from 10 wt% to 30 wt% in order to investigate the influence of the chrome content on the dynamic material property. The high speed tensile test machine is utilized in order to identify the dynamic property of the Cu-Cr alloy at the intermediate strain-rate and the split Hopkinson pressure bar is used at the high strain-rate. Experimental results from both the quasi-static and the high strain-rate up to the 5000/sec are interpolated with respect to the amount of chrome in order to construct the Johnson-Cook and the modified Johnson-Cook model as the constitutive relation that should be applied to numerical simulation of the impact behavior of electrodes.
Won-Hee Ryu;Ji-Woo Choi;Hyo-Seok Yang;Hyun-Cheol Shin;Chang-Hoon Sim;Jae-Sang Park
Journal of Aerospace System Engineering
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v.17
no.4
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pp.43-57
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2023
The hypervelocity impact simulations of space objects and structures are performed using LS-DYNA. Space objects with spherical, conical, and hollow cylindrical shapes are modeled using the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). The direct and indirect impact zones of a space structure are modeled using the SPH and finite element methods, respectively. The Johnson-Cook material model and Mie-Grüneisen Equation of State are used to represent the nonlinear behavior of metallic materials in hypervelocity impact. In the hypervelocity impact simulations, various impact conditions are considered, such as the shape of the space object, the thickness of the space structure, the impact angle, and the impact velocity. The shapes of debris clouds are quantitatively classified based on the geometric parameters. Conical space objects provide the worst debris clouds for all impact conditions.
Using the mechanical treatments for mechanical properties improvement was rarely in the development scope before. This research approves through analytical ways that surface impacts can improve the quality of the surface significantly. This fact is approved for deposited titanium on silicone substrate. The new algorithm called minimum resultant error method (MREM) which is a direct combination of nanoindentation, FEM and dimensional analysis through a reverse method is utilized to extract the mechanical characteristics of the coating surface before and after impact. This method is extended to the time dependent behavior of the material to obtain strain rate coefficient. To implement this new approach, a new analysis technic is developed to define the residual stress field caused by surface impact as initial condition for nanoindentation. Analyzing the model in micro and macro scale at the same time was one of the main resolved challenges in this study. The result was obtaining of the constants of Johnson-Cook constitutive equation. Comparing the characteristics of the coating surface before and after impact shows high improvement in yield stress (34%), Elastic modulus (7.75%) and strain hardening coefficient (2.8%). The main achievement is that the strength improvement in titanium thin layer is much higher than bulk titanium. The yield strength shows 41.7% improvement for coated titanium comparing with 24% for bulk material. The rate of enhancement is about 6 times when it comes to the Young's modulus.
This paper presents a numerical method to simulate ductile tearing in cracked components under high strain rates using finite element damage analysis. The strain rate dependence on tensile properties and multiaxial fracture strain is characterized by the model developed by Johnson and Cook. The damage model is then defined based on the ductility exhaustion concept using the strain rate dependent multiaxial fracture strain concept. The proposed model is applied to simulate previously published three cracked pipe bending test results under two different test speed conditions. Simulated results show overall good agreement with experimental results.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.25
no.4
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pp.290-294
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2016
A finite element method (FEM) study was performed on micro-scale blanking of an AL6061-T6 foil with negative clearance. ABAQUS/explicit was used to prepare a simulation model of negative clearance blanking with tools having an edge radius comparable to the foil thickness. The Johnson-Cook plastic flow model was used in the simulations for the material flow. The FEM model was used to study the effects of various blanking parameters on the negative clearance blanking process and quality of the blank. In particular, the projecting edge on the bottom of the blank was observed. Research on negative blanking at the micro-scale is summarized and discussed.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.1
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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.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.46
no.6
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pp.611-621
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2009
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.
It is very important for impact analysis to reflect the dynamic characteristics of materials as well as the static characteristics. As the dynamic behavior of a material is different from the static(or quasi-static) one due to the inertia effect and the stress wave propagation, an adequate experimental technique has to be developed to obtain the dynamic responses for the corresponding level of the strain rate. To determine the dynamic characteristics of materials, the Hopkinson bar (compression type) experiment is carried out. For using dynamic material properties, Johnson-Cook model is applied in impact analysis with explicit finite element method
This paper is concerned with a test method that can be used to investigate the parameters of the Johnson-Cook constitutive model. These parameters are essential for accurately analyzing material behavior under impact loading conditions in numerical simulation. Ti-6Al-4V alloy (HCP crytal structure) was used as a specimen for the experiments. In the $10^{-3}-10^3/s$ strain rate range, three types of experimental methods (convention, compression and tension) were employed to compare the differences using MTS-810, SHPB and SHTB. Finite element analysis results when applying these parameters were displayed along with the experiment results.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.20
no.4
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pp.520-527
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2017
In this study, the experimental methods are compared for obtaining the parameters of the Johnson-Cook constitutive model. The parameters used for numerical simulation are very important in making an accurate estimation of numerical simulation. So, the testing method of obtaining the parameters is also very important. We compared the difference of conventional method, compression method and tensile method of AISI-4340 steel at various strain rate by using MTS, SHPB and SHTB. Taylor impact test and M&S were carried out to compare differences among these three types of JC constitutive parameter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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