Malzemelerin Yüksek Deformasyon Hızlarındaki Davranışları

Abstract

Bu çalışmanın amacı, malzemelerin yüksek şekil değişimi hızlarındaki davranışlarının modellenmesi için bir metodoloji oluşturulması ve elde edilen bu davranış modelinin balistik bir penetrasyon modeli üzerinde uygulanmasıdır. Dislokasyon dinamiği yardımıyla, uygulanan kuvvet karşısında malzemenin gösterdiği davranış matematiksel olarak modellenebilir. Bu modellere bünye denklemleri denir. Zerilli-Armstrong ve Johnson-Cook malzeme modelleri araştırmalarda en sık kullanılan modellerdir. Malzemeleri yüksek deformasyon hızlarında test etmek için bir çok metod vardır. Fakat, bu metodların hiç biri henüz standart hale gelmemiştir. Diğerlerinin içinde “split Hopkinson pressure bar (SHPB)” deneyi üzerinde en çok çalışılmış olanıdır. SHPB deneyi tek boyutlu elastik dalga yayılımı üzerine kurulmuştur. Deney sırasında bu durum sağlanmalıdır. Ayrıca numune uniform deformasyon sağlanması ikinci bir zorunluluktur.Çalışmada metaller için, gerekli varsayımlar ve tasarım kriterleri göz önüne alınarak , bir SHPB deney standı tasarımı yapılmıştır. Sonra bir SHPB çıktısından gerilme-birim şekil değişimi diyagramının nasıl elde edildiği gösterilmiştir. Çeşitli sıcaklık ve şekil değişim hızlarında elde edilen veriler (bu veriler bir makaleden alınmıştır) lineer-olmayan regresyon analizi kullanılarak Johnson-Cook modeline uydurulmuş ve sabitler elde edilmiştir. Ölçülen ve Johnson-Cook modeliyle belirlenen akma gerilmeleri oldukça yakın sonuçlar vermiştir. Johnson-Cook malzeme modelinden yararlanılarak bir balistik penetrasyon probleminin ANSYS LS-Dyna modülü ile analizi yapılmıştır.

The aim of this thesis is to search a methodology to model the high-strain rate response of metallic materials and application of the obtained model in a case study, namely ballistic penetration problem. With the help of dislocation dynamics, the behavior of materials under applied loads can be modeled mathematically and they are generally called as constitutive equations. Zerilli-Armstrong and Johnson-Cook model are the most popular ones in the literature. There are several mechanical testing method applicable at high rates of strains. None of them has been standardized yet. Among the others Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) is the most studied and developed one. SHPB experiment depends on one-dimensional elastic wave propagation. So during the test this situation should be ensured. Also uniform deformation of the specimen is very important for obtaining true results. A SHPB apparatus for metals was designed ensuring assumptions and design criteria. Using the methodology in determining stress-strain diagram from SHPB test and the data, which is available in the literature, Johnson-Cook deformation model was tested by using non-linear regression analysis. A good agreement was found between the measured and predicted flow stresses of metallic materials. As a case study a ballistic penetration problem is analyzed with ANSYS LS-Dyna module by using Johnson-Cook constitutive equation to model the material behavior.