مدل سازی جدایش در برخورد صفحات فلزی با در نظر گرفتن اثر دما، نرخ کرنش و آسیب

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک دانشکده های فنی دانشگاه تهران

2 استادیار دانشکده مهندسی مکانیک، دانشکده های فنی دانشگاه تهران

چکیده

در این مقاله تغییر شکل پلاستیک وابسته به دما و نرخ کرنش مواد در آزمایش برخورد صفحات، به کمک روش های عددی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این مدل‌سازی، استفاده از مدل های گوناگون کارسختی، مدول برشی و شکست دینامیکی برای به دست آوردن نزدیک‌ترین نتایج به نتایج آزمایشگاهی می­باشد. کاربرد آزمایش برخورد صفحات، بررسی رفتار مواد در نرخ کرنش­های بالا در حالت ایده‌آل کرنش تک محوره می­باشد. به کمک این آزمایش می­توان مدل‌های ارائه شده گوناگون در زمینه رفتار مواد از قبیل مدل­های کارسختی و شکست دینامیکی را اعتبارسنجی نموده و برخی ضرایب مادی مورد نیاز را استخراج نمود. برای شبیه سازی عددی مساله از روش گسسته‌سازی عددی حجم محدود با میدان جابجا شده روی مکان و زمان فون­نیومن استفاده شده است. همچنین از لزجت مصنوعی به منظور کاهش جهش ناگهانی و غیر واقعی در مقادیر تنش یا کرنش بین سلول های ماده استفاده می­گردد. مدل­های کارسختی استفاده شده عبارتند از مدل الاستوپلاستیک کامل، جانسون-­کوک (JC) و زیریلی-آرمسترانگ (ZA). همچنین از مدل تالر-باچر بهبودیافته نیز برای مدل‌سازی رفتار شکست دینامیکی ماده استفاده شده است. در این مقاله، در سه مثال اثر تغییر معادله ساختاری کارسختی و مدول برشی بر جدایش، در برخورد صفحه پرتابه و صفحه هدف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده و همچنین دو روش مدل‌سازی عددی به کمک مدل های دیگر مقایسه شده است. از بین مدل های بررسی شده در این مقاله، استفاده از معادله ساختاری JC و مدل شکست تالر-باچر بهبود یافته و رابطه مدول برشی اشتاینبرگ منجر به نتایج دقیق تری شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Zukas JA (1990) High velocity impact dynamics. Wiley-Interscience.

[2] Antoun T, Seaman L, Curran D () Dynamic failure of materials. Compilation of Russian spall data, Technical Report No. DSWA-TR-96-77-V2, Defence Special Weapons Agency, Alexandria, VA,  2: 1998.

[3] Hanim S, Klepaczko JR (1999) Numerical study of spalling in an aluminum alloy 7020-T6. Int J Impact Eng 22(7): 649-673.

[4] Czarnota C, Jacques N, Mercier S, Molinari A (2008) Modelling of dynamic ductile fracture and application to the simulation of plate impact tests on tantalum. J Phys Chem Solids 56(4): 1624-1650.

[5] Ikkurthi V, Chaturvedi S (2004) Use of different damage models for simulating impact-driven spallation in metal plates. Int J Impact Eng 30(3): 275-301.

[6] Bonora N, Milella PP (2001) Constitutive modeling for ductile metals behavior incorporating strain rate, temperature and damage mechanics. Int J Impact Eng 26(1–10): 53-64.

[7] Wang Y, He H, Wang L (2013) Critical damage evolution model for spall failure of ductile metals. Mech Mater 56(0): 131-141.

[8] Wilkins ML (1999) Computer simulation of dynamic phenomena. Springer Science & Business Media

[9] Lukyanov AA (2008) Constitutive behaviour of anisotropic materials under shock loading. Int J Plasticity 24(1): 140-167.

[10] Guinan MW, Steinberg DJ (1974) Pressure and temperature derivatives of the isotropic polycrystalline shear modulus for 65 elements. J Phys Chem Solids 35(11): 1501-1512.

[11] Johnson GR, Cook WH (1983) A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high temperatures. in Proceeding of, The Netherlands, 541-547.

[12] Zerilli FJ, Armstrong RW (1987) Dislocation mechanics based constitutive relations for material dynamics calculations. J Appl Phys 61(5): 1816-1825.

[13] Pérez-Bergquist SJ, Gray GR, Cerreta EK, Trujillo CP, Pérez-Bergquist A (2011) The dynamic and quasi-static mechanical response of three aluminum armor alloys: 5059, 5083 and 7039. Mat Sci Eng A-Struct 528(29): 8733-8741.

[14] Panov V (2006) Modelling of behaviour of metals at high strain rates.

[15] Tuler FR, Butcher BM (1968) A criterion for the time dependence of dynamic fracture. Int J Fracture Mech 4(4): 431-437.

[16] Gilman JJ, Tuler FR (1970) Dynamic fracture by spallation in metals. Int J Fracture Mech 6(2): 169-182.

[17] Steinberg D, Cochran S, Guinan M (1980) A constitutive model for metals applicable at high strain rate. J Appl Phys 51(3): 1498-1504.

[18] Zukas J, Nicholas T, Swift H, Greszczuk L, Curran D, Malvern L (1983) Impact dynamics. J Appl Mech-T Asme 50: 702.