INCONEL 718, nickel based superalloy, has good formability, high strength, excellent corrosion resistance and mechanical properties at high temperature. Owing to theses attractive properties, it is utilized in applications such as combustion system, turbine engines and nuclear reactors. In such applications, components are typically required to be tolerant of high stress impact loading. This may cause material degradation and lead to catastrophic failure during service operation. Accurate understanding of material's mechanical properties with various strain rates is required in order to guarantee the reliability of structural parts made of INCONEL 718. This paper is concerned with the dynamic material properties of the INCONEL 718 at various strain rates. The dynamic response of the INCONEL 718 at the intermediate strain rate is obtained from the high speed tensile test and at the high strain rate is from the split Hopkinson pressure bar test. The effect of the strain rate on dynamic flow stress, work hardening characteristics, strain rate sensitivity and elongation to the failure is evaluated with the experimental results. Experimental results from both the quasi-static and the high strain rate up to 5000/sec are interpolated in order to construct the Johnson-Cook model as the constitutive relation that should be applied to simulate and design the structural parts made of rNCONEL 718.
In structural engineering, the material properties of the structures such as elastic modulus, shear modulus, density, and size may not be deterministic and may vary at different locations. The dynamic response analysis of such structures may need to consider these properties as stochastic. This paper introduces a stochastic finite element method (SFEM) approach to analyze moving loads problems. Firstly, Karhunen-Loéve expansion (KLE) is applied for expressing the stochastic field of material properties. Then the mathematical expression of the random field is substituted into the finite element model to formulate the corresponding random matrix. Finally, the statistical moment of the dynamic response is calculated by the point estimation method (PEM). The accuracy and efficiency of the dynamic response obtained from the KLE-PEM are demonstrated by the example of a moving load passing through a simply supported Euler-Bernoulli beam, in which the material properties (including elastic modulus and density) are considered as random fields. The results from the KLE-PEM are compared with those from the Monte Carlo simulation. The results demonstrate that the proposed method of KLE-PEM has high accuracy and efficiency. By using the proposed SFEM, the random vertical deflection of a high-speed railway (HSR) bridge is analyzed by considering the random fields of material properties under the moving load of a train.
The extensive use of honeycomb sandwich structures has led to the need to understand and analyze their low velocity impact response. Commercially available finite element software provides a possible analysis tool for this type of problem, but the validity of their material properties models for honeycomb materials must be investigated. Three different problems that focus on the effect of differences in honeycomb material properties on static and dynamic response are presented and discussed. The first problem considered is a linear elastic static analysis of honeycomb sandwich beams. The second is a nonlinear elastic-plastic analysis of a circular honeycomb sandwich plate. The final problem is a dynamic analysis of circular honeycomb sandwich plates impacted by low velocity projectiles. Results are obtained using the ABAQUS final element code and compared against experimental results. The comparison indicates that currently available material properties models for honeycomb materials can be used to obtain a good approximation of the behavior of honeycomb sandwich structures under static and dynamic loading conditions.
The dynamic propagation of an interface crack between two dissimilar functionally graded layers under anti-plane shear is analyzed using the integral transform method. The properties of the functionally graded layers vary continuously along the thickness. A constant velocity Yoffe-type moving crack is considered. Fourier transform is used to reduce the problem to a dual integral equation, which is then expressed to a Fredholm integral equation of the second kind. Numerical values on the dynamic energy release rate (DERR) are presented. Followings are helpful to increase of the resistance of the interface crack propagation of FGM: a) increase of the gradient of material properties; b) increase of the material properties from the interface to the upper and lower free surface; c) increase of the thickness of FGM layer. The DERR increases or decreases with increase of the crack moving velocity.
In this paper, influence factors on dynamic properties of floor impact noise insulation materials are suggested. For this purpose measurements on the dynamic stiffness and the loss factor of resilient materials are carried out by Korea standard (KS F 2868) according to the change of density, thickness, design pattern, and composition of materials. As a result the values of dynamic stiffness was decreased at high density and thick thickness, and that of loss factor was increased at low density. For dynamic properties, the pattern of lattice and waffle type material is better than that of plat type, and the mixed composition of materials is better than the composition of double layer materials at same thickness.
선형 압전 이론(theory of linear piezoelectricity)을 이용하여 면외전단 충격(anti-plane shear impact)을 받는 기능경사 압전 세라믹(functionally graded piezoelectric ceramic)의 중앙에 존재하는 균열(central crack)의 동적 응답에 대해 연구한다. 기능경사 압전재료의 물성치(material property)는 두께방향을 따라 연속적으로 변한다고 가정한다. 라플라스 변환(Laplace transform)과 푸리에 변환(Fourier transform)을 사용하여 두 쌍의 복합적분 방정식을 구성하며, 이를 제2종 Fredholm 적분 방정식(Fredholm integral equations of the second kind)으로 표현한다. 재료 물성치의 변화도(gradient of material properties)와 전기하중(electric loading)의 영향을 보기 위해 동응력세기계수(dynamic stress intensity factor)에 대한 수치 결과를 제시하였다.
The dynamic response of an eccentric Griffith crack in functionally graded piezoelectric ceramic strip under anti-plane shear impact loading is ana lysed using integral transform method. Laplace transform and Fourier transform are used to reduce the problem to two pairs of dual integral equations, which are then expressed to Fredholm integral equations of the second kind. We assume that the properties of the functionally graded piezoelectric material vary continuously along the thickness. The impermeable crack boundary condition is adopted. Numerical values on the dynamic stress intensity factors are presented for the functionally graded piezoelectric material to show the dependence of the gradient of material properties and electric loadings.
Hamad, Luay Badr;Khalaf, Basima Salman;Faleh, Nadhim M.
Advances in materials Research
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제8권3호
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pp.179-196
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2019
This paper researches static and dynamic bending behaviors of a crystalline nano-size shell having pores and grains in the framework of strain gradient elasticity. Thus, the nanoshell is made of a multi-phase porous material for which all material properties on dependent on the size of grains. Also, in order to take into account small size effects much accurately, the surface energies related to grains and pores have been considered. In order to take into account all aforementioned factors, a micro-mechanical procedure has been applied for describing material properties of the nanoshell. A numerical trend is implemented to solve the governing equations and derive static and dynamic deflections. It will be proved that the static and dynamic deflections of the crystalline nanoshell rely on pore size, grain size, pore percentage, load location and strain gradient coefficient.
A dynamic analytical solution for a simply supported, rectangular functionally graded plate with a porous middle layer under time-dependent load based on a refined third-order shear deformation theory with a cubic variation of in-plane displacements according to the thickness and linear/quadratic transverse displacement is presented. The solution achieved in the trigonometric series form and rests on the Green's function method. Two porosity types and their influence on material properties, and mechanical behavior are considered. The network of pores is assumed to be empty or filled with low-pressure air, and the material properties are calculated using the power-law distribution idealization. Numerical calculations have been carried out to demonstrate the accuracy of the kinematic model for the dynamic problem, the effect of porosity, thickness of porous layers, power-law index, and type of loading on the dynamic response of an imperfect functionally graded material plate.
In the high-speed forming analysis, dynamic material properties considering a high strain rate are required. The split Hopkinson pressure bar (SHPB) experiment was performed for measuring dynamic material properties under high strain rate. The pulse shaping method was used to improve the accuracy of the SHPB experiment. A pulse shaper attached to the front of the incident bar was used for specimen dynamic stress equilibrium through stress wave control. Numerical analysis and SHPB test were performed to verify whether the pulse shaper affects the dynamic stress equilibrium in copper and Al6061 specimens. The results of SHPB test and numerical analysis show that the pulse shaper contributes to the dynamic stress equilibrium. Based on the improved stress equilibrium using a pulse shaper, the flow stress curves for copper and Al6061 materials were obtained at strain rates of 1344.4/sec and 1291.6/sec, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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