축방향변형요소-점소성요소 조합해석기법을 이용한 변형률속도에 따른 구조물의 응답해석

임윤묵(Lim Yun Mook),신승교(Shin Seung Kyo),박주완(Park Ju Wan) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.5A

기존의 실험결과에 의하면 구조재료의 인장ㆍ압축강도 등과 같은 재료특성은 하중의 재하속도가 변함에 따라 달라지는 현상을 보인다. 따라서 지진이나 충격하중과 같이 고변형률속도를 가진 하중에 의한 구조물의 거동을 정확하게 파악하기 위해서는 변형률속도에 의존적인 구조재료의 역학적인 특성을 고려한 해석이 필수적이다. 본 연구에서는 변형률속도에 따른 구조물의 거동해석을 위하여 탄-점소성모델과 축방향변형요소를 조합한 새로운 수치해석 기법을 개발하였다. 개발된 수치해석기법의 검증을 위하여 직접인장 및 휨하중이 작용하는 경우에 대한 기존 실험결과와 수치해석결과의 비교ㆍ검토를 수행하였다. 검증된 수치해석기법을 이용하여 정적하중 재하시와 충격하중 재하시 접합부를 가지고 있는 보-기둥 구조물의 하중-변위거동 및 파괴거동을 검토하였다. 또한, 변형률속도를 3×10??/s 에서부터 3×10?¹/s 까지 변화시켜 매개변수해석을 수행하여 변형률 속도에 따른 구조물의 손상범위를 검토하고 구조물의 파괴형상이 연성파괴에서 취성파괴로 전이되는 변형률속도의 한계값을 수치해석적으로 규명하였다. From the material point of view, concrete shows an increase in tensile strength and compressive strength as the strain rate increases, and the change in failure mode from ductile to brittle also happens. Thus, understanding the behavior of concrete subjected to high strain rate loading such as earthquake or impact is essential. This study proposes a numerical method that can predict the strain rate effect of concrete. Developed numerical model uses coupled axial deformation link element (ADLE) and elasto-viscoplastic element as a basic element. To verify the numerical method, simulations of uniaxial and three-point bending specimen are performed and the predicted responses are compared with experimental results. Concrete beam-column is simulated to investigate the load-deflection response and failure mode under static and impact loading. A parameter study regard?ing strain rate from a value of 3×10??/s to a value of 3×10?¹/s is conducted to investigate the damage range of concrete and a limit value of strain rate from which the failure mode changes from ductile to brittle.

중간 변형률속도용 낙추식 충격 인장시험 장치의 신뢰성 확보 및 탄소강의 동적변형거동 평가

배경오(Kyung Oh Bae),김대웅(Dae Woong Kim),신형섭(Hyung Seop Shin),박이주(Lee Ju Park),김형원(Hyung Won Kim) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集A Vol.40 No.6

충격하중을 받는 재료의 변형거동에 관한 연구는 공학 및 산업의 다양한 분야에서 관심 받고 있으며, 이들 기계/구조물 부재의 변형 및 파괴거동의 다수는 중간 변형률속도 영역에 해당하는 것으로 알려져 있다. 따라서 이러한 변형률속도역에서 동적변형거동을 고려하는 것이 설계의 필수조건이 되었다. 이들 영역은 준정적과 SHPB 시험장치를 이용하는 고 변형률속도의 중간 영역에 위치하고 있어서, 종래의 적당한 시험장치를 이용하여 중 변형률속도를 얻는 것이 용이하지 않았다. 따라서 중간 변형률속도역에서 재료의 변형 및 파괴거동에 관한 유용한 데이터의 보고는 제한적이다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 구축한 낙추식 충격 인장시험 장치의 신뢰성을 확보하였고, 이를 사용하여 탄소강의 중 변형률속도역에서 동적거동을 평가하였다. Studies on the deformation behavior of materials subjected to impact loads have been carried out in various fields of engineering and industry. The deformation and fracture of members for these machines/structures are known to correspond to the intermediate strain-rate region. Therefore, for the structural design, it is necessary to consider the dynamic deformation behavior in these intermediate strain-rate ranges. However, there have been few reports with useful data about the deformation and fracture behavior at intermediate strain-rate ranges. Because the intermediate strain-rate region is located between quasi-static and high strain-rate regions, it is difficult to obtain the intermediate strain-rate using conventional reasonable test equipment. To solve this problem, in this study, the measurement reliability of the constructed drop-bar impact tensile test apparatus was established and the dynamic behavior at the intermediate strain-rate range of carbon steels was evaluated by utilizing the apparatus.

항공기 구조생존성 평가를 위한 복합재의 변형률 속도 영향성 분석

서보휘 항공우주시스템공학회 2018 항공우주시스템공학회지 Vol.12 No.4

Hydrodynamic ram phenomenon could be generated by external threats such as impact and blast in the aircraft. High strain rate deformation caused by the hydrodynamic ram phenomenon is one of the main factors to influence structural survivability. Mechanical properties of composite structure change rapidly under conditions of high strain rate. Therefore, it is necessary to experimentally investigate the influence of strain rates for aircraft structural survivability. In this paper, tensile tests of composite material were conducted for low and high strain rates to investigate the influence of the various strain rates. Tensile modulus increases more compared to tensile strength at high strain rate under hydrodynamic ram condition. Regression analysis was conducted to predict tensile modulus at various strain rates because it is one of the main damaging factors for composite structures under high strain rate conditions. Also, the mechanical properties of composite materials were acquired and analyzed under high strain rate conditions. It is hypothesized that the results from this study would be used for designing aircraft composite structures and evaluation considering structural survivability. 항공기의 경우 충격 및 폭발과 같은 외부 피격에 의해 수압 램 현상이 발생할 수 있다. 고변형률 변형을 동반하는 수압 램 현상은 구조 생존성에 큰 영향을 미치는 요인 중 하나이다. 복합재 구조물의 기계적 물성은 이러한 고변형률 조건하에서 급격하게 변화하기 때문에 이러한 영향성을 실험적으로 분석하는 것은 항공기 생존성 평가를 위해 반드시 필요하다. 본 연구에서는 변형률 속도 변화의 영향성을분석하기 위해 저속 및 고속 시험조건으로 인장시험을 수행하였다. 시험결과 수압 램 발생 환경과 유사한 수준으로 변형률 속도가 증가하면 인장계수가 인장강도보다 더 증가한다. 고변형률 조건에서 인장계수가 복합재 구조물 파손의 주요 요소이므로 회귀분석을 통해서 변형률 속도 변화에 따른 인장계수를예측하였다. 항공기 피격시 발생할 수 있는 고변형률에 대한 복합재의 기계적 물성 자료를 획득하고 분석하였다. 획득된 자료는 향후 구조 생존성을 고려한 항공기 복합재 구조 설계 및 평가에 활용가능하다.

조선 해양 구조물용 강재의 변형률 속도 민감도

정준모(Joonmo Choung),임성우(Sung-Woo Im) 대한조선학회 2011 대한조선학회 학술대회자료집 Vol.2011 No.11

This is the fifth of serial companion papers dealing with dynamic hardening properties of various marine structural steels at intermediate strain rates. Five steps of strain rate levels of 0.001, 1, 10, 100, 200/s and three steps of temperature levels of LT(-40℃), RT, and HT(200℃) are taken into account for the dynamic tensile tests of three types of marine structural steels of API 2W50 and Classification EH36 and DH36. The number of specimens is totally 180 pieces. It is witnessed that effects of dynamic hardening become clearer at LT than at RT. Dynamic strain aging accompanying serrated flow stress curves is also observed from high temperature tests for all kinds of steels. Dynamic hardening factors (DHFs) at two temperature levels of LT and RT are derived at the three plastic strain levels of 0.05, 0.10, 0.15 from dynamic tensile tests meanwhile any DHF is not assessed for the high temperature tests since slight negative strain rate dependency due to dynamic strain aging has occurred. A new formulation to determine material constant D in Cowper-Symonds constitutive equation is provided as function of plastic strain rate as well as plastic strain level. The proposed formula is verified by comparing with test flow stress curves not only at intermediate strain rate ranges but also at high strain rate ranges.

중변형률속도에서의 재료의 동적거동에 대한 물성구성방정식

임지호(Jiho Lim),허훈(Hoon Huh) 한국자동차공학회 2007 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

The flow stress of a material generally increases as the strain rate increases, and that is regarded as the inherent characteristics of a material. An car crash simulation needs accurate information of material data at the strain rate up to several hundred per second since the strain rate of the local deformation in the car crash reaches up to the range of 300/s ~ 500/s. Particularly, material properties of steel sheets is very important to the car crash since 70 % of an auto-body is composed of steel sheets and deformation of steel sheets is more sensitive to the strain rate than that of other materials. In this paper, a new material constitutive equation is suggested to describe dynamic behavior of material at the intermediate strain rate ranged from 1/s to 1000/s. In new suggested material constitutive equation, the term related to the strain rate sensitivity is separated from a quasi-static stress-strain curve and is composed of functions of the strain and the strain rate. Any stress-strain curves of arbitrary type can be applied to the quasi-static stress-strain curve.

중변형률 속도에서의 강판의 파단 연신율 연구

임지호(Jiho Lim),김석봉(Seokbong Kim),김진성(Jinsung Kim),허훈(Hoon Huh),권순용(Sunyong Kwon),윤치상(Chisang Yoon),박성호(Sungho Park) 한국자동차공학회 2004 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

While the formability is important and indispensable for success in very complicated sheet metal forming, it seems that few studies has been carried out about the formability of sheet metal at the high strain rate. The present experimental results report that the elongation is dependent on the crosshead speed in tensile tests. In this paper, the tensile elongation has been obtained from various steel sheets for an auto-body at the intermediate strain rate. The strain rate in the experiment is ranged from 0.003/sec to 200/sec. The experimental result demonstrates that the tensile elongation does not decrease as the strain rate increases. This tendency has varieties depending on the microstructure and forming history of sheet metal. Some high strength steels have the tendency that the tensile elongation increases as the strain rate increases, while others not. This phenomenon is very important not only in sheet metal forming but also in the crash worthiness evaluation to predict the fracture and tearing of sheet metal members.

변형률속도에 따른 차량 구조용 접착제의 동적 인장 특성 연구

임승찬(Seung-Chan Lim),허훈(Hoon Huh),하지웅(Jiwoong Ha),이태현(Taehyun Lee) 한국자동차공학회 2011 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2011 No.11

This paper investigates the effect of strain-rate on characteristics of structural adhesive. In order to get an accuracy result from crash simulation, we should have to consider the strain-rate hardening effect of adhesive joint, because it affects the crash energy absorption. Dynamic tensile characteristics of structural adhesive with various strain-rate are needed to apply this effect to crash analysis. Uniaxial tensile tests were carried out for structural adhesive from Henkel at the strain-rate ranged from 0.001/sec to 10/sec to measure the tensile properties; Young’s modulus, tensile strength, fracture strain. Strain was measured by digital image correlation technique. Based on the experimental data, Young’ modulus and tensile strength showed increasing tendency with increasing strain-rate, however fracture strain was slightly decreased with increasing strain-rate.

변형률 속도 및 수분포화가 암석의 인장강도에 미치는 영향

정우진(Woo-Jin Jung) 한국암반공학회 2010 터널과지하공간 Vol.20 No.2

암석의 인장강도에 미치는 변형률 속도 및 수분포화의 영향을 파악하기 위하여 건조상태 및 포화상태 3종류의 암석에 대해서 여러 가지 변형률 속도에서의 홉킨슨효과를 이용한 인장파괴실험을 실시하였다. 실험결과 건조상태뿐만 아니라 포화상태에서도 변형률 속도가 증가할수록 암석의 인장강도는 증가하였다. 특히, 건조상태에 있어서 암석의 동적인장강도는 암석의 종류와는 상관없이 변형률 속도의 약 1/3승에 비례하는 경향을 나타내었다. 또한, 수분포화의 영향으로 공극률이 높은 사암과 응회암은 건조상태와 비교하여 인장강도가 감소하였으나, 공극률이 0.49%로 낮은 화강암은 건조상태와 포화상태와의 사이에 유의한 차이는 없었다. Hopkinson’s effect tests were carried out for various strain rates on three different types of rock in both saturated and dry states in order to examine the effects of strain rate and water saturation on tensile strength. The tensile strength increased with the increase of the strain rate not only in dry state but also in saturated state. It was also especially recognizable that the dynamic tensile strength of rock in the dry state was proportional to approximately a one-third multiple of strain rate no matter what the type of rock. It was found that water saturation decreased tensile strength in the dry state of sandstone and tuff, both with high porosity, but no significant difference could be recognized between the dry and the saturated states of granite, which has a low porosity of 0.49%.

폴리프로필렌 자기 보강 복합재의 동적 물성 구축을 위한 Split Hopkinson Pressure Bar의 설계 및 제작

강소영 ( So-young Kang ),김도형 ( Do-hyoung Kim ),김동현 ( Dong-hyun Kim ),김학성 ( Hak-sung Kim ) 한국복합재료학회 2018 Composites research Vol.31 No.5

변형률 속도 100 s^-1~10000 s^-1 범위에서 사용되는 홉킨스바(SHPB)는 재료의 동석 거동 특성을 확인하기 위해 가장 널리 사용되는 장치이다. SHPB 시험은 입력봉 및 전달봉에서 측정된 변형률을 사용하여 시험편의 응력, 변형률 및 변형률 속도를 얻을 수 있는 응력파 전달 이론을 기반으로 한다. 본 연구에서는 고 변형률 속도에서 폴리프로필렌 자기보강 복합재료(SRPP)의 동적 특성을 얻기 위해 직접 SHPB를 설계 및 제작하였다. 또한 본 연구를 통해 제작된 SHPB에서 얻은 변형률 데이터의 신뢰성 확보를 위하여 Digital Image Correlation (DIC)를 통해 얻은 변형률 데이터와의 비교를 진행하였다. 이는 SRPP 시편의 고속 압축 시험을 통해 이루어 졌으며 SHPB를 통하여 얻은 데이터와 DIC를 통해 얻은 변형률 데이터의 유사함을 확인하였고 이를 통하여 장비의 신뢰성을 검증하였다. The Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB) has been the most widely used apparatus to characterize dynamic mechanical behavior of materials at high strain rates between 100 s^-1 and 10,000 s^-1. The SHPB test is based on the wave propagation theory which was developed to give the stress, strain and strain rate in the specimen using the strains measured in the incident and transmission bars. In this study, the SHPB was directly designed and fabricated for the dynamic mechanical properties of fiber reinforced plastic (FRP) composites. In addition, this apparatus was verified for the validity by comparing the strain data obtained through the high speed camera and Digital Image Correlation(DIC) during the high strain rate compression test of the self-reinforced polypropylene composite (SRPP) specimen.

변동률 속도에 따른 형상기억합금 초탄성 거동의 실험 및 해석 연구

노진호(Jin-Ho Roh),박정인(Jeong-In Park),이수용(Soo-Yong Lee) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.1

변형률-속도에 따른 형상기억합금의 초탄성 거동 특성 변화를 실험척 그리고 수치적으로 살펴보았다. 변형률-속도를 고려한 형상기억합금의 수학 모델을 유도하였고, 형상기억합금의 실험결과를 바탕으로 변형률 속도에 따른 형상기억합금의 열-기계적 특성변화를 관찰하였다. 변형률-속도의 변화에 따라 형상기억합금 시편의 급격한 온도변화가 일어남을 확인하였고 이런 현상이 초탄성 거동 특성 변화에 큰 영향을 미침을 예측 할 수 있었다. The influence of the strain-rate on the superelastic behaviors of shape memory alloys (SMAs) wires is experimentally and numerically investigated. The one-dimensional SMA constitutive equations considering strain-rate effect is developed. The evolution of stress-strain curves of SMA wires is examined with various strain-rates. Results show that the superelastic behaviors of SMAs may significantly be changed depending on the variation of strain-rate.