Dynamic force measurement techniques in split hopkinson pressure bar testing of low acoustic impedance materials used as armor interlayer materials

Abstract

Bu çalışmada Gore Polarchip Teflon ve Dow Chemicals Voracor CS Poliüretan değişen deformasyon hızlarında basma testi yapılarak karakterize edilmiştir. Yarı-statik basma testleri için Shimadzu AG-X konvansiyonel test cihazı kullanılırken dinamik basma testleri için iki adet Split Hopkinson Basınç Barı (SHBB) sistemi kullanılmıştır. Yumuşak malzemelerin SHBB testlerinde düşük sinyaller ve göreceli olarak yüksek sinyal/gürültü oranları gözlendiği için, Teflon'un dinamik testlerinde ileten çubuğun numune tarafına piezoelektrik kuvvetölçerler eklenmiş ve bu sayede direkt olarak kuvvet ölçümü yapılmıştır. Poliüretanın yüksek hızlı deformasyon testlerinde çubuklardan alınan sinyallerde osilasyon görülmüştür. Bu durumun önlenmesi için Poliüretanın SHBB testlerinde EPDM kauçuktan sinyal şekillendiriciler kullanılmıştır. Deneylerden elde edilen sonuçlar nümerik çalışmada malzeme modeli parametreleri olarak kullanılmış ve bu malzemelerin SHBB testleri LS-DYNA'da taklit edilmiştir. Deneysel çalışma iki malzemede de güçlü bir deformasyon hızı etkisi olduğunu göstermiş, deformasyon hızının artması ile maksimum gerilmenin arttığını göstermiştir. Nümerik çalışma ise çubuk gerilmeleri ve numunelerin hasar alması bakımından deneysel çalışma ile uyumluluk göstermiş, gelecekte yapılacak daha karmaşık çalışmalarda bir çözüm sunmuştur.

Gore Polarchip heat insulating Teflon and Dow Chemicals Voracor CS Polyurethane were characterized in this study by conducting compression tests at various strain rates. Quasi-static compression tests were done with a Shimadzu AG-X conventional test machine while two different modified Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) systems were used for dynamic compression tests. Since dynamic testing of soft materials with classical SHPB is problematic due to low signal levels and relatively higher signal to noise ratio, impact end of transmitter bar was modified with insertion of piezoelectric force transducers through the SHPB tests of Teflon, thus enabling the direct measurement of force on specimen. High strain tests of Polyurethane involved oscillations in both incident and transmitter bar signals. To overcome this, EPDM rubber pulse shaper was used through the SHPB tests of Polyurethane. Experimental results were used in numerical study as material model parameters and SHPB tests of both materials were simulated in LS-DYNA. Experimental study concluded strong strain rate dependency in both Teflon and Polyurethane, depicting an increase in maximum stress with the increase in strain rate. Numerical study showed a good correlation with experiments in terms of bar stresses and damage behavior of specimens, offering a solution to more complex problems that can be encountered in future studies.