1. ELARTU — Інституційний репозитарій ТНТУ імені Івана Пулюя
  2. Вісник ТНТУ
  3. 2021
  4. Вісник ТНТУ, 2021, № 2 (102)
Empreu aquest identificador per citar o enllaçar aquest ítem: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/36032

Títol: Numerical simulation of dynamic shear tests for high-strength steels specimens
Altres títols: Чисельне моделювання випробувань на динамічний зсув зразків із високоміцних сталей
Autor: Кондряков, Євген Олександрович
Харченко, Валерій Володимирович
Kondriakov, Ievhen
Kharchenko, Valeriy
Affiliation: Інститут проблем міцності імені Г. С. Писаренка НАН України, Київ, Україна
G. S. Pisarenko Institute for Problems of Strength of the NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine
Bibliographic description (Ukraine): Kondriakov I. Numerical simulation of dynamic shear tests for high-strength steels specimens / Ievhen Kondriakov, Valeriy Kharchenko // Scientific Journal of TNTU. — Tern. : TNTU, 2021. — Vol 102. — P. 110–120.
Bibliographic description (International): Kondriakov I., Kharchenko V. (2021) Numerical simulation of dynamic shear tests for high-strength steels specimens. Scientific Journal of TNTU (Tern.), vol. 102, pp. 110-120.
Is part of: Вісник Тернопільського національного технічного університету (102), 2021
Scientific Journal of the Ternopil National Technical University (102), 2021
Journal/Collection: Вісник Тернопільського національного технічного університету
Volume: 102
Data de publicació: 22-de -2021
Submitted date: 30-de -2021
Date of entry: 11-de -2021
Editorial: ТНТУ
TNTU
Place of the edition/event: Тернопіль
Ternopil
DOI: https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2021.02.110
UDC: 539.4
Paraules clau: динамічний зсув
швидкість деформації
метод скінчених елементів
високоміцні сталі
dynamic shear
strain rate
finite element method
high-strength steels
Number of pages: 11
Page range: 110-120
Start page: 110
End page: 120
Resum: Для розроблення методики проведення випробувань на динамічний зсув зразків із високоміцних сталей проведено серію чисельних розрахунків із використанням методу скінчених елементів. За результатами аналізу літературних джерел та сучасних методів випробувань на ударний зсув для досліджень обрано форму зразка з двома зонами зсуву. Побудовано розрахункові моделі та проаналізовано вплив розміру скінчених елементів на отримані результати. Для оптимізації схеми навантаження та реалізації умов чистого зсуву при розрахунках варіювались різні параметри, такі, як розміри зразка та довжину зон зсуву L, розміри ударника, швидкість навантаження, граничні умови тощо. Отримані результати показали, що зі збільшенням довжини L область чистого зсуву зменшується й локалізується в центральній частині. При цьому швидкість деформацій збільшується при зменшенні довжини зон зсуву L. Для зменшення зони зсуву та енергії руйнування запропоновано конструкцію зразка з додатковими бічними надрізами. В таких зразках деформації зсуву зростають, відповідно умови деформування більш наближені до чистого зсуву. Показано, що радіус фасок виточок у зоні зсуву майже не впливає на отримані результати. Використовуючи модель Джонсона-Кука з урахуванням впливу швидкості деформації, проведено моделювання руйнування зразків із броньованої сталі Armox 500T із застосуванням відповідного критерію руйнування. Результати розрахунків показали, що початок руйнування відбувається в момент часу t ̴ 500 мкс у зонах концентраторів напружень (фасок). Далі розповсюдження тріщини відбувається вздовж зони зсуву. Таким чином така конструкція зразка та схема навантаження повинна забезпечити реалізацію умов чистого зсуву.
A series of numerical calculations using the finite element method was carried out to develop a dynamic shear testing method for high-strength steels specimens. The shape of the specimens with two shear zones was chosen for investigations. Obtained results made it possible to choose the optimal specimen size and loading scheme for realizing pure shear conditions. Using the Johnson-Cook model, taking into account the effect of the strain rate, the fracture of the specimens of armored steel Armox 500T was simulated using the appropriate fracture criterion. Obtained results showed that such a specimen design and loading scheme should ensure the implementation of pure shear conditions.
URI: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/36032
ISSN: 2522-4433
Copyright owner: © Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2021
URL for reference material: https://doi.org/10.1016/S0734-743X(05)80005-3
https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2016.11.012
https://doi.org/10.1051/jp4:20020679
https://doi.org/10.1023/A:1007647800529
https://doi.org/10.1007/s11340-015-0106-1
https://doi.org/10.1016/0167-6636(94)90060-4
https://doi.org/10.1046/j.1525-139X.2003.16092.x
https://doi.org/10.1007/BF02669646
https://doi.org/10.1007/s11043-010-9113-x
https://doi.org/10.1007/BF02411052
https://doi.org/10.1088/0508-3443/18/4/304
https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2009.08.002
https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2019.04.008
https://doi.org/10.1016/0013-7944(85)90052-9
https://doi.org/10.1016/0022-5096(76)90024-7
https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2016.05.017
References (Ukraine): 1. Meyer L.W., Kruger L. Drop-weight compression shear testing. ASM handbook, mechanical testing and evaluation. 2000. Vol. 8. P. 452–454.
2. Wright T. W. The Physics and Mathematics of Shear Bands. Cambridge Monographs on Mechanics. Cambridge University Press. 2002. 260 p.
3. Klepaczko J. R. An experimental technique for shear testing at high and very high strain rates. The case of a mild steel. International Journal of Impact Engineering. 1994. Vol. 15. No. 1. P. 25–39. DOI: https://doi.org/10.1016/S0734-743X(05)80005-3
4. Pursche F., Meyer L. W. Correlation between dynamic material behavior and adiabatic shear phenomenon for quenched and tempered steels. Engineering Transactions. 2011. Vol. 59. No. 2. P. 67–84.
5. Xu Z., Ding X., Zhang W., Huang F. A novel method in dynamic shear testing of bulk materials using the traditional SHPB technique. Int. J. Impact Eng. 2017. Vol. 101. P. 90–104. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2016.11.012
6. Clos R., Schreppel U., Veit P. Temperature, microstructure and mechanical response during shear-band formation in different metallic materials. Journal de Physique. 2003. Vol. 110. No. 4. P. 111–116. DOI: https://doi.org/10.1051/jp4:20020679
7. Wei Z., Li Y., Li J., Hu S. Formation mechanism of adiabatic shear band in Tungsten heavy alloys. Acta metallurgica sinica. 2000. Vol. 36. No. 12. P. 1263–1268. [In Chinese].
8. Kalthoff J. F. Modes of dynamic shear failure in solids. International Journal of Fracture. 2000. Vol. 101. P. 1–31. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1007647800529
9. Dorogoy A., Rittel D., Godinger A. A shear-tension specimen for large strain testing. Experimental Mechanics. 2015. Vol. 56. No. 3. P. 437–449. DOI: https://doi.org/10.1007/s11340-015-0106-1
10. Meyer L. W., Staskewitsch E., Burblies A. Adiabatic shear failure under biaxial dynamic compression/shear loading. Mechanics of Materials. 1994. Vol. 17. No. 2–3. P. 203–214. DOI: https://doi.org/10.1016/0167-6636(94)90060-4
11. Yu J., Li J, Wei Z. Researches on adiabatic shear failure of tungsten heavy alloy and Ti6Al4V alloy. J. Ningbo Univ. 2003. Vol. 16. No. 4. P. 417–428. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1525-139X.2003.16092.x
12. Dowling A. R., Harding J., Campbell J. D. The dynamic punching of metals. Journal of Institute of Metals. 1970. Vol. 98. P. 215–224.
13. Meyer L. W., Andrade U. R., Chokshi A. H. The effect of grain size on the high-strain, high-strain-rate behavior of copper. Metallurgical and Materials Transactions A. 1995. Vol. 26. P. 2881–2893. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02669646
14. Dodd B., Bai Y. Adiabatic shear localization: frontiers and advances. Elsevier, London. 2012. 468 p.
15. Meyer L. W., Halle T. Shear strength and shear failure, overview of testing and behavior of ductile metals. Mech. Time-Depend Mater. 2011. Vol. 15. P. 327–340. DOI: https://doi.org/10.1007/s11043-010-9113-x
16. Rittel D., Lee S., Ravichandran G. A Shear-compression specimen for large strain testing. Exp. Mech. 2002. Vol. 42. P. 58–64. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02411052
17. Ferguson W. G., Hauser F. E., Dorn J. E. Dislocation damping in zinc single crystals. Brit. J. Appl. Phys. 1967. Vol. 18. P. 411–417. DOI: https://doi.org/10.1088/0508-3443/18/4/304
18. Степанов Г. В. Упругопластическое деформирование и разрушение материалов при импульсном нагружении. Киев: Наук. думка, 1991. 288 с.
19. Степанов Г. В., Федорчук В. А. Локализованный сдвиг в металлах при ударном нагружении. Проблемы прочности. 2000. № 2. С. 27–42.
20. Xu Z., Ding X., Zhang W., Huang F. A novel method in dynamic shear testing of bulk materials using the traditional SHPB technique. Int. J. Impact Eng. 2017. Vol. 101. P. 90–104. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2016.11.012
21. Peirs J. et al. The use of hat-shaped specimens to study the high strain rate shear behaviour of Ti–6Al–4V. International Journal of Impact Engineering. 2010. Vol. 37. P. 703–714. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2009.08.002
22. Xu Z. et al. Plastic behavior and failure mechanism of Ti-6Al-4V under quasi-static and dynamic shear loading. International Journal of Impact Engineering. 2019. Vol. 130. P. 281–291. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2019.04.008
23. Johnson G. R, Cook W. H. Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures. Eng. Fracture Mech. 1985. Vol. 21. P. 31–48. DOI: https://doi.org/10.1016/0013-7944(85)90052-9
24. Hancock J. W., Mackenzie A. C. On the mechanisms of ductile failure in high-strength steels subjected to multi-axial stress-states. J. Mech. Phys. Solids. 1976. Vol. 24. P. 147–169. DOI: https://doi.org/10.1016/0022-5096(76)90024-7
25. Iqbal M. A., Senthil K., Sharma P., Gupta N. K. An investigation of the constitutive behavior of Armox 500T steel and armor piercing incendiary projectile material. International Journal of Impact Engineering. 2016. Vol. 96. P. 146–164. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2016.05.017
References (International): 1. Meyer L.W., Kruger L. Drop-weight compression shear testing. ASM handbook, mechanical testing and evaluation. 2000. Vol. 8. P. 452–454.
2. Wright T. W. The Physics and Mathematics of Shear Bands. Cambridge Monographs on Mechanics. Cambridge University Press. 2002. 260 p.
3. Klepaczko J. R. An experimental technique for shear testing at high and very high strain rates. The case of a mild steel. International Journal of Impact Engineering. 1994. Vol. 15. No. 1. P. 25–39. DOI: https://doi.org/10.1016/S0734-743X(05)80005-3
4. Pursche F., Meyer L. W. Correlation between dynamic material behavior and adiabatic shear phenomenon for quenched and tempered steels. Engineering Transactions. 2011. Vol. 59. No. 2. P. 67–84.
5. Xu Z., Ding X., Zhang W., Huang F. A novel method in dynamic shear testing of bulk materials using the traditional SHPB technique. Int. J. Impact Eng. 2017. Vol. 101. P. 90–104. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2016.11.012
6. Clos R., Schreppel U., Veit P. Temperature, microstructure and mechanical response during shear-band formation in different metallic materials. Journal de Physique. 2003. Vol. 110. No. 4. P. 111–116. DOI: https://doi.org/10.1051/jp4:20020679
7. Wei Z., Li Y., Li J., Hu S. Formation mechanism of adiabatic shear band in Tungsten heavy alloys. Acta metallurgica sinica. 2000. Vol. 36. No. 12. P. 1263–1268. [In Chinese].
8. Kalthoff J. F. Modes of dynamic shear failure in solids. International Journal of Fracture. 2000. Vol. 101. P. 1–31. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1007647800529
9. Dorogoy A., Rittel D., Godinger A. A shear-tension specimen for large strain testing. Experimental Mechanics. 2015. Vol. 56. No. 3. P. 437–449. DOI: https://doi.org/10.1007/s11340-015-0106-1
10. Meyer L. W., Staskewitsch E., Burblies A. Adiabatic shear failure under biaxial dynamic compression/shear loading. Mechanics of Materials. 1994. Vol. 17. No. 2–3. P. 203–214. DOI: https://doi.org/10.1016/0167-6636(94)90060-4
11. Yu J., Li J, Wei Z. Researches on adiabatic shear failure of tungsten heavy alloy and Ti6Al4V alloy. J. Ningbo Univ. 2003. Vol. 16. No. 4. P. 417–428. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1525-139X.2003.16092.x
12. Dowling A. R., Harding J., Campbell J. D. The dynamic punching of metals. Journal of Institute of Metals. 1970. Vol. 98. P. 215–224.
13. Meyer L. W., Andrade U. R., Chokshi A. H. The effect of grain size on the high-strain, high-strain-rate behavior of copper. Metallurgical and Materials Transactions A. 1995. Vol. 26. P. 2881–2893. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02669646
14. Dodd B., Bai Y. Adiabatic shear localization: frontiers and advances. Elsevier, London. 2012. 468 p.
15. Meyer L. W., Halle T. Shear strength and shear failure, overview of testing and behavior of ductile metals. Mech. Time-Depend Mater. 2011. Vol. 15. P. 327–340. DOI: https://doi.org/10.1007/s11043-010-9113-x
16. Rittel D., Lee S., Ravichandran G. A Shear-compression specimen for large strain testing. Exp. Mech. 2002. Vol. 42. P. 58–64. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02411052
17. Ferguson W. G., Hauser F. E., Dorn J. E. Dislocation damping in zinc single crystals. Brit. J. Appl. Phys. 1967. Vol. 18. P. 411–417. DOI: https://doi.org/10.1088/0508-3443/18/4/304
18. Stepanov G. V. Uprugoplasticheskoe deformirovanie i razrushenie materialov pri impul`snom nagruzhenii. Kiev: Nauk. dumka, 1991. 288 p. [In Russian].
19. Stepanov G. V., Fedorchuk V. A. Lokalizovanny`j sdvig v metallakh pri udarnom nagruzhenii. Problemy` prochnosti. 2000. No. 2. P. 27–42. [In Russian].
20. Xu Z., Ding X., Zhang W., Huang F. A novel method in dynamic shear testing of bulk materials using the traditional SHPB technique. Int. J. Impact Eng. 2017. Vol. 101. P. 90–104. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2016.11.012
21. Peirs J. et al. The use of hat-shaped specimens to study the high strain rate shear behaviour of Ti–6Al–4V. International Journal of Impact Engineering. 2010. Vol. 37. P. 703–714. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2009.08.002
22. Xu Z. et al. Plastic behavior and failure mechanism of Ti-6Al-4V under quasi-static and dynamic shear loading. International Journal of Impact Engineering. 2019. Vol. 130. P. 281–291. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2019.04.008
23. Johnson G. R, Cook W. H. Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures. Eng. Fracture Mech. 1985. Vol. 21. P. 31–48. DOI: https://doi.org/10.1016/0013-7944(85)90052-9
24. Hancock J. W., Mackenzie A. C. On the mechanisms of ductile failure in high-strength steels subjected to multi-axial stress-states. J. Mech. Phys. Solids. 1976. Vol. 24. P. 147–169. DOI: https://doi.org/10.1016/0022-5096(76)90024-7
25. Iqbal M. A., Senthil K., Sharma P., Gupta N. K. An investigation of the constitutive behavior of Armox 500T steel and armor piercing incendiary projectile material. International Journal of Impact Engineering. 2016. Vol. 96. P. 146–164. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2016.05.017
Content type: Article
Apareix a les col·leccions:Вісник ТНТУ, 2021, № 2 (102)

Arxius per aquest ítem:
Arxiu Descripció MidaFormat 
TNTUSJ_2021v102_Kondriakov_I-Numerical_simulation_110-120.pdf4,92 MBAdobe PDFVeure/Obrir
TNTUSJ_2021v102_Kondriakov_I-Numerical_simulation_110-120.djvu707,7 kBDjVuVeure/Obrir
TNTUSJ_2021v102_Kondriakov_I-Numerical_simulation_110-120__COVER.png1,24 MBimage/pngVeure/Obrir
Mostrar el registre complet Dublin Core de l'ítem


Els ítems de DSpace es troben protegits per copyright, amb tots els drets reservats, sempre i quan no s’indiqui el contrari.