Comparison of Energy Absorption Properties of High Nitrogen Austenitic Steel and Cast Alloy Determined Using Low Velocity Perforation Test

The results of energy absorbing analysis of VP159 austenitic steel and LH556 cast alloy were presented in this article. The assessment was carried out on the basis of drop-weight tower perforation test at impact energy equal to 500J and striker velocity equal to 12,5 m/s. Moreover, the basic mechanical properties of both tested materials were estimated in order to calibrate coefficients of the Johnson-Cook visco-plasticity model and Johnson-Cook damage initialization criterion as well. Subsequently, both models were applied for the finite element method simulation of perforation process. The reasonable agreement between measured and calculated shape of energy absorption curves were obtained for steel and cast alloy as well.W pracy przedstawiono wyniki analizy zdolności do pochłaniania energii blach wykonanych ze stali austenitycznej typu VP159 oraz staliwa LH556. Ocenę przeprowadzono wykorzystując test przebijania wykonany z użyciem młota opadowego przy energii uderzenia 500J i prędkości iglicy równej 12,5 m/s. Dodatkowo wyznaczono także charakterystyki mechaniczne obu materiałów. Na tej podstawie dokonano kalibracji modelu lepko-plastyczności Johnsona-Cooka oraz oszacowano kryterium inicjalizacji uszkodzenia Johnsona-Cooka. Następnie modele zostały wykorzystane do symulacji procesu przebijania z użyciem MES. Zarówno dla stali jak i staliwa uzyskano dobrą zgodność pomiędzy zmierzonymi i obliczonymi krzywymi pochłaniania energii

New methodology of characterizing the performance of colorimeter

W artykule przedstawiono propozycję nowej metodologii wyznaczania i prezentacji dokładności pomiaru barwy dla kolorymetrów. Może ona być zastosowana dla kolorymetrów matrycowych oraz mierników luminancji posiadających możliwość pomiaru barwy. Opracowana metoda jest rozwinięciem metody wskaźników oddawania barw. Przy jej opracowaniu uwzględniono wady i zalety dotychczas stosowanych metod. Wyniki są prezentowane w czytelny i łatwy do zinterpretowania sposób w jednostkach równomiernego układu barw.This article describes new methodology of characterization the measurement errors of colorimeter. It can be applied for imaging colorimeters and luminance meters with capability of color measurement. Shown method is derived from color rendering index. Measurement results are presented clearly and easy to understand way

Effect of strain rate and temperature on the visco-plastic commercial properties of pure titanium and TiAl6V4 alloy

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczących lepko-plastycznych właściwości komercyjnie czystego tytanu oraz stopu TiAl6V4. Analiza została przeprowadzona dla szerokiego zakresu szybkości odkształcania od 2x10-4s-1 do 2x103s-1 z wykorzystaniem maszyny wytrzymałościowej oraz pręta Hopkinsona, odpowiednio w quasi-statycznym i dynamicznym zakresie obciążeń. Wpływ temperatury na krzywe ściskania został wyznaczony w zakresie od 23°C do 400°C, przy wykorzystaniu pręta Hopkinsona wyposażonego w piec. Na podstawie otrzymanych wyników przeprowadzono kalibrację współczynników modelu Johnsona-Cooka opisującego lepko-plastyczne właściwości badanych materiałów.The paper presents result of the analysis of the visco-plastic properties of commercially pure titanium and TiAl6V4 titanium alloy. The investigation were carried out for the wide range of strain rates from 2x10-4s-1 do 2x103s-1 using servo-hydraulic testing machine and Hopkinson bar for the quasi-static and dynamic loading regime, respectively. The influence of the temperature on the compressive curves was determined within range of temperatures from 23°C do 400°C using Hopkinson bar equipped with furnace. Calibration of the Johnson-Cook’s constitutive relation taking into account visco-plastic properties of tested materials was carried out on the basis of experimental results

An experimental method of determining a strain rate sensitivity of alloys

W pracy omówiono podstawowe metody badawcze, wykorzystujące koncepcję pręta Hopkinsona, wykorzystywane do wyznaczania krzywych ściskania materiałów konstrukcyjnych w warunkach obciążeń udarowych. Ponadto zaprezentowano opracowane i wykonane w Instytucie Transportu Samochodowego stanowisko stosowane do badania charakterystyk mechanicznych materiałów przy dużych szybkościach odkształcania. Opisana aparatura posłużyła do wyznaczenia charakterystyk naprężenia w funkcji odkształcenia wybranych stopów. Na podstawie otrzymanych wykresów można ocenić wrażliwość badanych materiałów na szybkość odkształcania.Basic experimental methods based on the Hopkinson bar concept were discussed in this paper. The methods are used to determine compressive curves of materials under impact loading conditions. Moreover, the testing stand designed and fabricated in the Motor Transport Institute was introduced. The testing stand is used to analyse mechanical behavior of a materials at a high strain rates. Described equipment was applied to estimate stress-strain curves of selected structural materials. On the basis of the obtained characteristics strain rate sensitivity may be investigated

Analysis of the impact of the frequency range of the tensometer bridge and projectile geometry on the results of measurements by the split Hopkinson pressure bar method

The paper presents the results of the analysis of the striker shape impact on the shape of the mechanical elastic wave generated in the Hopkinson bar. The influence of the tensometer amplifier bandwidth on the stress-strain characteristics obtained in this method was analyzed too. For the purposes of analyzing under the computing environment ABAQUS / Explicit the test bench model was created, and then the analysis of the process of dynamic deformation of the specimen with specific mechanical parameters was carried out. Based on those tests, it was found that the geometry of the end of the striker has an effect on the form of the loading wave and the spectral width of the signal of that wave. Reduction of the striker end diameter reduces unwanted oscillations, however, adversely affects the time of strain rate stabilization. It was determined for the assumed test bench configuration that a tensometric measurement system with a bandwidth equal to 50 kHz is sufficient

Application of imaging elements in vehicle lighting devices photometry

Imaging elements has been used in photometry for a few years. They found application in matrix luminance meters and colorimeters. In Motor Transport Institute such device was developed. It uses digital camera as data source. System is called Illuminator. It allows luminance distribution measurement and different kind of analysis. Imaging elements allows to develop a new measurement methods and also to improve already existing measurement methods. This paper describes tests of devices for illumination of rear registration plates and tests of headlamps with use of matrix luminance meter. Devices for illumination of rear registration plate are tested according to Regulation 4 ECE UN. The stand for testing such devices consists of basis on which diffuse colourless material is mounted and luminance meter. Diffuse reflection factor must be known. Dimensions of this material corresponds to dimensions of one from three different types of registration plates. Device under test illuminates diffuse material. Location of illuminating device in relation to diffuse material must correspond to location between device and registration plate shown on approval drawings. After measurement all result are recalculated to diffuse reflection factor equal 1. Measurement results was compared to reference methods. Results of compare shown that measurement methods with use of imaging elements could be applied in practice. Application of matrix luminance meter can significantly speed up and simplify photometric measurements. In this paper, compare between values obtained with use of matrix luminance meter and standard method was shown. This compare was done with use of devices for illumination of rear registration plate and headlamp. In both cases obtained results proved that method which use imaging elements can be applied in practice

The use of digital correlation of the image to evaluate the impact of initial fatigue loads on the strain distribution and changes in the strength properties of DP500 steel

Przedmiotem analizy była stal DP500 poddana wstępnym obciążeniom zmęczeniowym, a następnie rozciągana przy dużej szybkości odkształcania z wykorzystaniem pręta Hopkinsona. Stal typu DP (dual phase) jest często stosowana w konstrukcji samochodów osobowych z uwagi na dobry stosunek masy do wytrzymałości. Dobre parametry mechaniczne tej stali zapewniają odpowiedni stopień bezpieczeństwa pasażerów pojazdu w trakcie zderzenia. Aby prześledzić jak wstępne obciążenie zmęczeniowe zmienia rozkład odkształceń na powierzchni rozciąganej próbki, zastosowano metodę cyfrowej korelacji obrazu. Analizie poddano zarówno filmy zarejestrowane przy małej szybkości odkształcania (1.0x10-2 s -1 ) za pomocą systemu ARAMIS, jak też obrazy pochodzące z szybkiej kamery uchwycone w trakcie dynamicznej deformacji z użyciem pręta Hopkinsona (6.0x102 s -1 ). Na podstawie analizy mikrostrukturalnej stwierdzono, że wstępne obciążenie zmęczeniowe powoduje generowanie mikrouszkodzeń w badanym materiale. W związku z tym zmianie ulega także makroskopowo obserwowana charakterystyka naprężenieodkształcanie oraz rozkład odkształceń zastępczych Hubera-Misesa wyznaczony lokalnie metodą cyfrowej korelacji obrazu. Obserwowany w czasie badań wpływ wstępnego zmęczenia, to: obniżenie stopnia odkształcenia odpowiadającego wytrzymałości na rozciąganie, zmniejszenie wydłużenia do zerwania, wzrost granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie. Obserwowane efekty nasilają się ze zwiększeniem wartości naprężenia oraz liczby cykli wstępnego zmęczenia. Ponadto, wymienione zjawiska są bardziej intensywne w warunkach dynamicznej deformacji.The matter of analysis was DP steel exposed to the fatigue loadings and subsequently tested at tensional loadings under high strain rates using Hopkinson bar. The DP (dual phase) type steel, is often used in the construction of passenger cars due to the good weight to strength ratio. Good mechanical properties of this steel ensure an adequate level of safety of the vehicle occupants during a collision. In order to investigate influence of a pre-fatigue on the evolution of strain distribution on the surface of tested specimen a digital image correlation method was applied. The videos recorded at low strain rates (1.0x10-2 s -1 ) using ARAMIS system and images acquired by a fast camera during dynamic deformation performed using Hopkinson bar were analysed. On the basis of microstructural investigation it was found that pre-fatigue induces void coalescence in the tested material. As a consequence macroscopically observed stress-strain curve is modified and locally determined using digital image correlation method equivalent Huber-Mises strain pattern also changes. The effects observed as a consequence of pre-fatigue are as follows: reducing strain corresponding to ultimate tensile strength, lowering elongation, increase of yield stress and rise of ultimate tensile strength. Observed phenomenon magnitudes are more significant with the increase of number of initial fatigue cycles and cyclic stress amplitude. Moreover the effects are stronger at dynamic loading conditions. Application of digital image correlation method for analysing of strain distribution during high strain rate tensile tests of specimens made of pre-fatigued DP500 steel

Porównanie wyznaczonych w trakcie próby przebijania energochłonnych właściwości stali austenitycznej oraz staliwa o wysokiej zawartości azotu

The results of energy absorbing analysis of VP159 austenitic steel and LH556 cast alloy were presented in this article. The assessment was carried out on the basis of drop-weight tower perforation test at impact energy equal to 500J and striker velocity equal to 12,5 m/s. Moreover, the basic mechanical properties of both tested materials were estimated in order to calibrate coefficients of the Johnson-Cook visco-plasticity model and Johnson-Cook damage initialization criterion as well. Subsequently, both models were applied for the finite element method simulation of perforation process. The reasonable agreement between measured and calculated shape of energy absorption curves were obtained for steel and cast alloy as well.W pracy przedstawiono wyniki analizy zdolności do pochłaniania energii blach wykonanych ze stali austenitycznej typu VP159 oraz staliwa LH556. Ocenę przeprowadzono wykorzystując test przebijania wykonany z użyciem młota opadowego przy energii uderzenia 500J i prędkości iglicy równej 12,5 m/s. Dodatkowo wyznaczono także charakterystyki mechaniczne obu materiałów. Na tej podstawie dokonano kalibracji modelu lepko-plastyczności Johnsona-Cooka oraz oszacowano kryterium inicjalizacji uszkodzenia Johnsona-Cooka. Następnie modele zostały wykorzystane do symulacji procesu przebijania z użyciem MES. Zarówno dla stali jak i staliwa uzyskano dobrą zgodność pomiędzy zmierzonymi i obliczonymi krzywymi pochłaniania energii

Analysis of strength of the engine outlet valve made of titanium alloy Ti6Al4V under mechanical and thermal loads

Celem badań przedstawionych w niniejszej publikacji była analiza rozkładu temperatury oraz naprężeń zastępczych Hubera-Misesa wewnątrz zaworu wydechowego w czasie zimnego rozruchu silnika. Ponadto wyznaczono wartość odkształceń dla wybranych punktów powierzchni zaworu. Obliczenia zostały przeprowadzone w środowisku ABAQUS Standard. Warunki brzegowe wykorzystane w symulacji MES obejmowały temperaturę gazu w komorze spalania oraz w kanale wylotowym, a także temperaturę gniazda zaworowego oraz prowadnicy. Ponadto przeprowadzono obliczenia naprężenia występującego w zaworze na skutek działania siły sprężyny zaworowej, która dociska zawór do gniazda zaworowego. Największą wartość temperatury dochodzącą do 900oC stwierdzono w talerzyku zaworu wykonanego ze stopu tytanu Ti6Al4V. Natomiast dla stali zaworowej oraz tytanu temperatura maksymalna wynosiła ok. 700oC. Zawór wykonany ze stopu tytanu nagrzewał się do najwyższej temperatury, powodując jednocześnie powstawanie największych naprężeń wewnętrznych.The goal of the investigation presented in this paper was Analysis of temperature and equivalent Huber-Mises stress distribution inside outlet valve during cold start of engine. Moreover the displacement values at selected surface areas were determined. The computations were carried out using ABAQUS Standard environment. Boundary conditions applied in the FEM simulation took into account gas temperature in the combustion chamber and outlet channel and temperature of valve seat and valve guide. Moreover a stress distribution in the valve due to load of valve spring were estimated. The highest temperature, equal to 900oC was found in the valve made of titanium alloy Ti6Al4V, whereas the temperature for valve steel and titanium was equal to 700oC. The valve made of titanium alloy reaches highest temperature, as a consequence highest internal stress were found in this material

Experimental methods of determining of materials mechanical properties under impact loading conditions

Współczesne techniki projektowania wykorzystujące metodę elementów skończonych wymagają zastosowania modeli materiałowych opisujących wpływ odkształcenia, temperatury oraz szybkości odkształcania na naprężenie plastycznego płynięcia. Do oceny wrażliwości na szybkość odkształcania wykorzystuje się maszyny serwo-hydrauliczne oraz pręt Kolsky’ego, odpowiednio w quasi-statycznym i dynamicznym zakresie szybkości odkształcania. W pracy przedstawiono zasadę działania pręta Kolsky’ego oraz przegląd podstawowych rozwiązań wykorzystujących tą metodykę. Przegląd zawiera metody umożliwiające badania w warunkach obciążeń rozciągających wraz z opisem typowej geometrii próbek stosowanych w przypadku badania blach. W dalszej kolejności zaprezentowano opracowane i wykorzystywane w Instytucie Transportu Samochodowego stanowisko do udarowego rozciągania materiałów wykorzystujące zasadę wstępnego naprężenia pręta inicjującego. Urządzenie zostało wykorzystane do oceny właściwości mechanicznych różnych materiałów konstrukcyjnych takich jak: stal „dual phase”, stal TRIP, komercyjnie czysty tytan oraz stop tytanu Ti6Al4V w warunkach obciążeń udarowych.The modern designing techniques based on the finite element method requires application of the material models describing influence of strain, temperature and strain rate on the flow stress. In order to determine stain rate sensitivity servo-hydraulic testing machines and Kolsky bars are used, respectively, at quasi-static and dynamic loading regime. Principle of Kolsky bar technique and review of basic experimental arrangements using Kolsky methodology were presented in this article. The review incorporates both, tensile testing methods and geometry of typical specimen used for sheet testing. Subsequently, testing stand for the tensile impact loading conditions, using pre-tension Kolsky bar, developed in the Motor Transport Institute was introduced. The device was applied to estimate mechanical properties of various materials, i.e. dual phase steel, TRIP steel, commercially pure titanium and Ti6Al4V titanium alloy under dynamic loading conditions