Parçalı Hopkinson Basma Çubuğu Deney Düzeneği Kurulumu

Abstract

Bu çalışma kapsamında malzemelerin yüksek deformasyon hızlarında mekanik davranışlarının test edilebilmesi için Parçalı Hopkinson Basma Çubuğu deney düzeneği kurulmuş ve bu düzenek elastik deformasyon gösteren alüminyum ve pirinç numunelerle test edilmiştir. Hopkinson deney düzeneğinin tasarımında kontrollü atış basıncının sağlanabilmesi için pnömatik akümülatör görevi gören yüksek basınçlara dayanıklı bir rezervuar kullanılmış ve bu rezervuar 40 bar’lık kompresörle beslenmiştir. Darbe etkisi gaz tabancasının namlusundan fırlatılan bir mermi ile elde edilmiştir. Mermi hızı, gaz tabancasının rezervuarına kompresörden beslenen hava basıncı ile kontrol edilmiştir. Basınç çubukları olarak yay çeliğinden imal edilmiş 1500 mm’lik iki çubuk kullanılmış, basınç dalgaları çubukların ortalarında konumlandırılmış strain gage’ler yardımı ile ölçülmüştür. Tek boyutlu dalga yayılımının sağlanabilmesi için basınç çubukları 0,03 toleransla yataklanmış, mermi mili dâhil tüm miller minimum kaçıklıkla aynı tarafsız eksen üzerine getirilmiştir. Sinyal şekillendirici olarak bakırın işlevi ve etkinliği de test edilmiştir. Deformasyon hızının numunenin uzunluğuna, mermi hızına ve sinyal şekillendirici olarak kullanılan bakır disk’in kalınlığına bağlı olarak değiştiği gözlenmiştir. Deneyler sonrası maksimum 3369 s-1 deformasyon hızı tespit edilmiş ve alüminyum numunelerde en fazla %40 deformasyon gözlenmiştir. Beklendiği gibi malzemelerin yüksek deformasyon hızlarındaki akma gerilmesinin statiğe yakın koşullara göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Yapılan denemeler neticesinde test düzeneğinin makul sonuçlar verdiği görülmüş, daha yüksek doğruluk ve güvenilirlikte neticeler elde edebilmek için yapılması gereken iyileştirmeler tartışılmıştır.

This work comprises of building of a Hopkinson Pressure Bar test device with the goal of testing the mechanical properties of materials at high strain rates and testing of the capabilites of the device itself with aluminium and brass specimens. A gas gun with manual pressure control fed by a 40 bar air compressor was designed as the ballistic component of the test device. The impact effect was executed by a striker propelled inside a launch tube, by the air pressure in the tank component of the gas gun. 1500 mm long spring steel bars were used as pressure bars and the pressure waves were measured via strain gages situated at the middle of the bars. Pressure bars were aligned with 0.03 tolerance linear journal bearings. Neutral axes of all the bars were aligned with minimum possible mismatch. The function and effectiveness of copper as a signal shaper was also tested. Evaluation of the tests has shown that the srain rate varies depending on specimen length, stiker velocity and size of the signal shaper. Maximum strain rate measured during tests was 3369 s-1 and a maximum deformation of 40% was observed for the aluminium specimens. High strain rate yield strength of the tested materials was determined to be higher than quasi-static yield strength values of the respective materials. The tests have shown that the device yields plausible results. Possible improvements and corrections required for results with better accuracy and reliability were discussed.