Analýza deformační odezvy materiálu při dynamických tahových zkouškách

Ing. Bekir Tuna Kayaalp

Master's thesis

Analysis of material deformation response to dynamic tensile tests

Abstract:

The material dynamic behaviour of components of rail vehicle subjected to impact loading is of great importance in terms of evaluating dynamic strength behaviour and stress-strain responses. It is also quite necessary objective to be able to understand the strengthening mechanisms depending on rate of loading during impact. For these purposes, it is mainly aimed to examine effects of stress distribution and dynamic peak forces corresponding each time step of the impact loading in this study. Besides, the position of strain gages incrementally placed over the surface of the specimens to analyse plastic deformations and impact forces. In order to perform experiments, a pendulum impact test method is proposed after making static calibrations of the strain gauges in a conventional tensile test machine. Therefore, eleven samples are prepared in which strain gauges are positioned at an equal interval from the fracture zone in order to measure time history plot of the dynamic forces. Throughout the study, the general principles and fundamentals about the dynamic strengthening mechanism, experimental procedure and preparation of samples including the all test equipment are sufficiently estimated in detail. Consequently, the signal values measured during the impact are converted into force-time plots and the results are tried to be investigated in terms of strengthening mechanism and material response in plastic region. In addition, an overview of the ability of material dynamic elongation response under crash process are presented for selected samples. It is certainly pointed out that for the regions near the fracture zone exhibits high plastic deformation and residual forces as a result of high amount of vibration and material heterogeneity. For the regions distant from the fracture zone, a more uniform and stable characteristics of material impact behaviour are observed.

Abstract:

Pro posouzení dynamického chování materiálů component železničních vozidel, která jsou vystavena silnému dynamickému zatížení, má velký význam dynamické testování materiálu v tahu se záznamem závislosti síla-deformace. Důležitým cílem těchto testů je také zjistit stupeň zpevnění materiálu v závislosti na rychlosti deformace během rázu. Pro tento účel byly v této práci provedeny zkoušky se zaznamenanými salami v závislosti na čase v průběhu rázového zatížení. Kromě toho tenzometrické snímače umístěné v různých polohách na zkušebních vzorcích zaznamenávaly plastickou deformaci, respective zbytkovou sílu. Aby bylo možné provést tyto experiment na rázovém kyvadlovém kladivu, byla k tomu účelu v práci navržena metodika zkoušek, jejíž součástí byla statická kalibrace všech zkušebních vzorků osazených tenzometry. Součástí metodiky byl návrh a příprava jedenácti vzorků, na kterých byly v odlišných vzdálenostech od geometricky definovaného místa umístěny tenzometry, které zaznamenávaly sílu v čase. V práci jsou popsány principy dynamického testování materiálových vzorků, příprava vzorků, obecné poznaty o zkušebních zařízeních, obecné poznatky o principu dynamického zpevnění materiálu a zpracována metodika provedení experimentů. Vzhledem k tomu, že hodnoty naměřených signálů sil při nárazu jsou souvztažné s plochou průřezu příslušného místa s umístěným tenzometrem, jsou tomu poplatné i hodnoty zpevnění materiálu a plastické deformace. Kromě uvedeného je v práci chování materiálu v dynamickém procesu zatěžování prezentováno na grafických záznamech tahových rázových testů jednotlivých materiálových vzorků. Z nich je patrné, že oblasti blízké lomu mají intenzivní plastickou deformaci a velkou zbytkovou hodnotu měřené síly s nestabilním průběhem. Pro oblasti vzdálené od lomu je charakter záznamu síly rovnoměrnější a stabilnější.

Keywords

Special pendulum hammer, Dynamic tensile tests of materials samples, Speed tearing of samples V (m/s), Rate of crack propagation, Strain gage instrumentation

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 5. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 9. 6. 2015
• Supervisor: prof. Ing. Bohumil Culek, CSc.

University of Pardubice

Faculty of Transport Engineering

Master programme / field:
Transport Engineering and Communications / Transport Means