The metallic materials are widely being used in structural bodies of the various military weapons. For military purposes, these materials should inevitably experience high rate deformation and fracture under high-energy events such as ballistic impacts and explosions. In this dissertation, the experimental methodology for the analysis of high speed fracture behaviors of a metallic material have been studied with utilization of Split Hopkinson Tension Bar (SHTB). And effects on the strain localization and fracture behavior by temperature increase at high speed deformation have been also investigated as well. Eventually, high speed fracture surface considering the thermal softening effect has been constructed in order to make practical application to finite element analysis. The main research contents are as follows: (1) construction of SHTB test system in combination with high speed image camera and thermographic IR camera, which can measure the deformation and temperature at the same time by synchronization; (2) development of the user-defined material sub-program able to apply the newly suggested material model to numerical simulation; (3) construction of the quasi-static ($10^{-3}/s$) ductile fracture surface from results of the tensile tests with different loading paths; (4) analysis of the physical phenomena through high speed deformation and fracture tests ($10^0/s$ and $10^3/s$); (5) construction of a high speed ductile fracture model considering the thermal softening phenomenon; and (6) verification of the constructed fracture model through comparison between the high-velocity impact tests and numerical simulations.
금속소재는 다양한 군 무기의 구조체로 널리 활용되고 있다. 이러한 소재들은 군사적인 목적에 부합하도록 고속충돌 및 폭발과 같은 고에너지 발생 상황에서 필연적으로 고율 변형 및 파괴를 경험한다. 본 학위논문에서는 금속소재의 고속 파단거동을 분석하기 위하여 분리홉킨슨인장봉을 활용한 실험적 방법론을 연구하고, 실험을 통하여 고속 변형 시 발생하는 온도상승 효과가 변형 국부화 및 파단거동에 미치는 영향을 고찰하였다. 최종적으로는 열적연화 효과가 고려된 고속 파단곡면을 구성하여 유한요소해석에 응용하고자 한다. 본 연구의 주요내용은 다음과 같다. (1) 변형 및 온도의 동시 측정이 가능한 고속 이미지 카메라 및 열화상 적외선 카메라와의 분리홉킨슨인장봉 시험 시스템의 결합 구성; (2) 새롭게 제안된 물성모델의 유한요소해석으로의 적용을 위한 사용자 정의 물성 부프로그램 개발; (3) 다양한 하중경로 유도 시편 인장시험을 통한 준정적($10^{-3}/s$) 연성 파단곡면의 구성;(4) 고속 변형 및 파단 시험($10^0/s$, $10^3/s$)을 통한 물리적 현상 분석; (5) 열적연화 현상을 고려한 고속 연성 파단모델 구성; (6) 고속 충격 시험 및 수치해석을 통한 모델 검증.
