• Structural Engineering and Mechanics
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• 제52권3호
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• pp.469-483
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• 2014

In an indentation approach, the smooth rigid spherical ball penetrated into a deformable flat is considered for the study based on contact mechanics approach. The elastic-plastic frictionless spherical indentation analysis has been under taken in the finite element analysis using "ABAQUS" and experimental study. The spherical indentation has been studied for the materials like steel, aluminium, copper and brass with an identical spherical indenter for diverse indentation depths. The springback analysis is executed for studying the actual indentation depth after the indenter is unloaded. In the springback simulation, the material recovers its elastic deformation after the indenter is unloaded. The residual diameter and depth of an indentation for various materials are measured and compared with simulation results. It shows a good agreement between the simulation and an experimental studies.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권9호
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• pp.943-951
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• 2014

마이크로/나노 압입시험에 사용되는 각뿔 혹은 원뿔형 압입자의 선단 형상은 제작한계 및 사용 중 마모 등으로 인해 필수적으로 곡면 형태를 띄게 된다. 많은 압입시험 관련 연구에서 각뿔형 압입자의 선단 형상은 편의상 구형으로 가정한 후, 얕은 압입에 대한 구형압입 이론식을 적용하고 있다. 이러한 가정에는 근본적으로 두 가지 문제점이 있는데, 첫 번째로 이론해의 정확성은 재료 물성치 및 압입자 형상에 따라 변화한다는 점이며, 두 번째로 각뿔형 압입자의 실제 선단 형상은 이상적인 구형이 아니라는 점이다. 본 연구에서는 유한요소해석에 기반하여 압입시험에 미치는 이 두 요소의 영향을 분석한다. 먼저 탄성 구형 압입시험에 대해 푸아송비와 하중-변위 곡선의 상관관계를 살펴보고, 이를 기반으로 수정된 구형 탄성 압입 관계식을 제시한다. 이어 가정된 Berkovich 선단 형상의 3차원 유한요소해석으로부터 압입깊이에 따른 하중-변위 곡선의 특성을 분석한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제33권12호
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• pp.1357-1365
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• 2009

In this study, we enhance the numerical approach of Lee et al.$^{(1)}$ to spherical indentation technique for property evaluation of hyper-elastic rubber. We first determine the friction coefficient between rubber and indenter in a practical viewpoint. We perform finite element numerical simulations for deeper indentation depth. An optimal data acquisition spot is selected, which features sufficiently large strain energy density and negligible frictional effect. We then improve two normalized functions mapping an indentation load vs. deflection curve into a strain energy density vs. first invariant curve, the latter of which in turn gives the Yeoh-model constants. The enhanced spherical indentation approach produces the rubber material properties with an average error of less than 3%.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제53권3호
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• pp.429-442
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• 2015

The measurement from the indentation process depends on the amount of pile-up or sink-in around the contact impressions. In this paper, finite element concept is utilized to study the pile-up and sink-in behaviour for the wide range of materials with different young's modulus, yield stresses, strain-hardening exponents and coefficient of friction values. The exact indentation model is created by using the two dimensional axisymmetrical model for simulating the spherical indentation process on the lines of Taljat and Pharr (2004) work. The result shows that during spherical indentation process the amount of pile-up is greatly influenced by the strain hardening exponents in addition to other material properties and depth of penetration. The numerical results from the finite element analysis are also validated using the exact multilinear material properties obtained from the tensile testing for the materials like mild steel, brass and aluminium.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 추계학술대회논문집A
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• pp.266-271
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• 2001

Spherical indentation technique was developed to evaluate the flow properties of metallic materials in carbon steel, stainless steel and alloys, etc. Through the spherical indentation test, differently degraded 1Cr-1Mo-0.25V steel's mechanical properties were observed and compared with conventional standard test data. The flow properties of 1Cr-1Mo-0.25V steels were estimated by analyzing the indentation load-depth curve. To characterize the flow property, we used material yield slope and constraint factor index rather than strain-hardening exponent because the variation of strain-hardening exponent was very little and the data showed irregularly. And the constraint factor's effect was small when the material yield slope was taken into account.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.268-271
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• 2010

In this paper, forward and reverse analysis is introduced in order to estimate the elastic-plastic properties from a power-law hardening bulk specimen materials with one simple spherical indentation impression test. In order to verify the reliability of the reverse analysis, we have simulated about a large range of materials that essentially cover all engineering materials, using ABAQUS(6.91) program. Then, we could obtained the fitting functions and plastic parameters from the numerical analysis results. Next, through the procedure of reverse analysis we can obtain the yield stress and power-law exponent. Finally, obtain good agreement between the result from reverse analysis and initial input data from experiment.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2007년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.743-744
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• 2007

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제26권2호
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• pp.117-122
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• 2005

The elastic modulus and the apparent density of the trabecular bone were evaluated from spherical indentation tests and Computed Tomography (CT) and their relationship was quantified. The femurs were prepared for trabecular bone analysis. Embedded with respect to their anatomical orientation, the transverse planes of the trabecular bone specimens were scanned at 1㎜ intervals using a CT scanner. The metaphyseal regions of femurs were sectioned with a diamond-blade saw, producing 8㎜ cubes. Using a specially made spherical indentation tester, the cubes were mechanically tested in the anterior-posterior (AP), medial-lateral (ML), and inferior-superior (IS) directions. After determination of modulus from the mechanical testing, the apparent densities of the specimens were measured. The results showed that the IS modulus was significantly greater than both the AP and ML moduli with the AP modulus greater than the ML modulus. This demonstrated that orthogonality was a structural characteristic of the trabecular bone. The power relationship between the modulus and the apparent density was also found to be statistically significant.

• Elastomers and Composites
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• 제39권1호
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• pp.23-35
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• 2004

본 연구에서는 먼저 유한요소해석을 통해 주요 물성계수들이 압입시 하중-변위 곡선형상에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 유한요소 압입해석을 통해 마찰계수의 영향으로 하중-변위 곡선, 시편하부의 단위부피당 변형에너지 및 변형률 주불변량이 바뀌지 않는 최적 압입깊이와 시편하부지점을 선정하였다. 이러한 관찰을 통해 하나의 요소에서 얻어지는 단위부피당 변형 에너지와 변형률 주불변량을 하중-변위 데이터와 모사 시킬 수 있는 무차원 함수를 얻을 수 있었으며, 이 과정에서 예측된 물성계수를 바탕으로 공칭응력-공칭변형률 곡선을 얻을 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제23권4호
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• pp.353-360
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• 2010

본 논문에서는 단 한번 만의 간단한 구형 인덴테이션 임프레션 실험을 통하여 재료 소성 물성치를 측정함에 있어서 효율적인 알고리즘이 개발되었다. 본 논문에서는 레프리젠터티브 스트레인의 새로운 정의를 기반으로 연구가 수행되어 예전의 연구와 비교할 때 상당한 량의 피팅 매개변수의 개수를 줄이게 됨으로서 계산 량이 대폭 줄어들면서 연구가 쉽게 진행될 수 있었다. 또한 레프리젠터티브 스트레인에 대한 새로운 정의는 보다 명확한 물리적 임의를 부여하였다. 역 해석의 신뢰성을 증명하기 위하여 본 논문에서는 거의 모든 공학적 금속과 합금이 포함되는 재료 세트들을 사용하여 해석을 진행하였다. 수치 해석 모델링을 통하여 얻은 P-${\delta}$ 그래프를 바탕으로 하여 인덴테이션 반응 특성과 재료의 탄소성 물성치가 양 함수에 의하여 연계되었고, 역 해석방법을 적용시켜 재료의 항복응력과 power-law 경화 지수가 얻어진다. 마지막으로, 역 해석을 통하여 얻어진 재료 물성 치와 실제 실험을 통하여 얻어진 재료 물성치가 좋은 일치성을 가진다는 것을 보여준다.