Material characterization at high strain rates using modified taylor impact test and velocity interferometry

Abstract

Havacılık ve uzay yapılarında kullanılan metalik malzemeler kullanım alanlarına göre çarpma yüklerine maruz kalmaktadır. Metalik malzemelerin yüksek gerinim hızlarında malzeme karakterizasyonu, çarpma yükü koşullarının sonlu eleman modellerinin düzgün bir şekilde hazırlanabilmesi için oldukça önemlidir. Johnson-Cook malzeme modeli metalik malzemelerin yüksek gerinim hızlarındaki davranışlarını göstermede kullanılan uygun bir malzeme modelidir. Bu çalışmada, yarı durağan koşullardaki çekme testi verileri ileçarpma yükü altındaki çarpma test verileri kullanılarakAl 7075-651 malzemesinin Johnson-Cook malzeme modeli parametreleri belirlenmektedir. Metalik malzemelerin yüksek gerinim hızlarındaki malzeme karakterizasyonu ters Taylor çarpma testi ile hız interferometrisi yardımıyla ile yapılmaktadır.Ters Taylor çarpma testi sistemi ve Johnson-Cook malzeme modelindeki gerinim hızı parametresinin belirlenmesinde kullanılanhız interferometrisi-VISAR ile serbest yüzeydeki hız ölçümünün nasıl yapılacağı detaylı olarak açıklanmaktadır. Testlerle elde edilen malzeme parametreleri Autodyn'da yapılan ters Taylor testleri ile ve testlerde ve simülasyonlarda elde edilen serbest yüzey hızlarının karşılaştırmaları ile doğrulanmaktadır.

Metallic materials in aerospace structures are exposed to impact type loads depending on their usage area. High strain rate material characterization of metallic materials is very crucial to properly prepare finite element models to be used in impact loading situations. Johnson-Cook material model is a suitable material model to represent the behaviour of metallic materials at high strain rates. In the present thesis study, parameters of the Johnson-Cook material model for Al 7075-T651 are determined utilizing the tensile test data in quasi-static loading condition and impact test data for impact loading condition. High strain rate material characterization of the metallic material is performed by the modified Taylor impact test and velocity interferometry. Modified Taylor impact test system and how the free surface velocity measurement by the velocity interferometry-VISAR is utilized for the determination of the strain rate constant of the Johnson-Cook material model are described in detail. Experimentally determined material constants are verified by simulating the modified Taylor impact test in Autodyn and comparing the experimentally and numerically determined free surface velocities.