طراحی دستگاه تست هاپکینسون نوع فشاری برای بررسی رفتار دینامیکی مواد فلزی

در اکثر کاربردهای ساختاری و عملیات فلزکاری، تست های انجام گرفته در نرخ کرنش بالا از اهمیت بالایی برخوردار می باشند. در کاربردهای ساختاری، اجزای مختلف باید به گونه ای طراحی شوند که بتوانند در گستره ی وسیعی از دما و نرخ کرنش عملکرد صحیحی داشته باشند. در عملیات فلزکاری، مواد تحت مقادیر بزرگی از کرنش در دماها و نرخ کرنش های مختلف قرار می گیرند؛ در نتیجه باید مشخصات مواد اصلی در دماها و نرخ کرنش های مورد نظر در هر کاربرد تعیین شوند. دستگاه تست هاپکینسون از نوع فشاری یک روش تجربی در تعیین رفتار مواد در نرخ کرنش های بالا با استفاده از اندازه گیری مقدار تغییر در خواص مکانیکی از قبیل استحکام تسلیم، کار سختی و انعطاف پذیری که با نرخ کرنش تغییر می کنند می باشد. در این روش روابط تنش - کرنش در نرخ کرنش بین s-150 تا s-1 104 را با در نظر گرفتن انتشار موج تنش از نمونه ی مورد آزمایش که بین دو میله ی الاستیک قرار گرفته است می توان به دست آورد. توسط این دستگاه کرنش های بیشتر از 100% نیز قابل دستیابی است. مهم ترین مشخصه ی این دستگاه آن است که تغییر شکل در نرخ کرنش بالا هنگامی که نمونه در تعادل دینامیکی قرار دارد، اتفاق می افتد. به عبارت دیگر، اصولاً گرادیان تنش در نمونه صفر می باشد. در نتیجه تعیین پاسخ تنش - کرنش تک محوری اکثر مواد در نرخ کرنش های مختلف ممکن می باشد. با استفاده از این نتایج می توان مدل های بنیادی سه بعدی (تحت حالت تنش سه بعدی) و بر پایه ی تجربه را برای بیشتر مواد به دست آورد. در این پایان نامه جزئیات طراحی و مشخصه های عملکردی یک دستگاه تست هاپکینسون از نوع فشاری و نیز روش تحلیل داده به منظور تعیین رابطه ی تنش - کرنش مواد در حالت دینامیکی و در دمای اتاق ارائه شده است. طراحی دستگاه در دو بخش بیان شده است: سیستم تولید تنش و سیستم اندازه گیری تنش. نقشه ی جزئیات مربوط به اجزای مهم سیستم تولید تنش در این پایان نامه آورده شده است. طراحی دستگاه به گونه ای انجام شده است که هزینه های مربوط به ساخت آن حداقل مقدار ممکن شود. در اکثر دستگاه های shpb مرسوم، طول میله های فشار بیشتر از 1500 میلی متر می باشد؛ در حالی که این مقدار در دستگاه طراحی شده با در نظر گرفتن تمامی مشخصه های عملی، به کاهش یافته است. شبیه سازی بارگذاری دینامیکی آزمایش های هاپکینسون با استفاده از روش اجزای محدود در کد تجاری abaqus انجام شده است. توسط این روش اطلاعات دقیقی از نحوه ی توزیع تنش و کرنش در نمونه های سیلندری شکل به دست می آید. نتایج شبیه سازی برای نمونه ای از جنس فولاد مارتنزیتی 35ncd16 که با نتایج به دست آمده از آزمایشات تجربی مطابقت خوبی دارد، نشان دهنده ی صحت عملکرد دستگاه طراحی شده است.