Fracture strain data in proportional loading conditions are essential to develop and construct ductile fracture models which can predict onset of fracture in metals accurately. To evaluate the possibility of fracture in real forming processes, the strain rate effect should also be taken into account. In the present work, the hybrid experimental??numerical method and the 2-dimensional digital image correlation (2D-DIC) method are introduced to measure the fracture strain of DP780 sheets in the wide range of the loading path in terms of the stress triaxiality and the Lode angle, and in the intermediate strain rates.
Firstly, uniaxial tensile tests are carried out in the rolling, transverse, and diagonal directions in order to measure r-values and construct the yield function which will be used for finite element analysis. To ob-tain hardening curves with strain rates, uniaxial tensile tests in the rolling direction are conducted for six strain rates from 0.001/s to 100/s.
Four types of specimen shapes are chosen to induce various loading paths to the material point where the maximum equivalent plastic strain is observed under uniaxial tensile loading. For the pure shear condition, a diagonally double notched specimen is slightly modified. A specimen with a central hole is used for the uniaxial tension condition along with a dog bone specimen because its loading path is kept nearly constant through the entire deformation process in spite of necking. Plane strain tension condition is achieved by a flat grooved specimen. The fourth type has two symmetric cutouts which can control the initial loading path. The cross-head speed of each test is determined such that the average strain rate of the fracture initiation point reaches the target strain rate. The loading histories of each type of a specimen are thoroughly investigated with finite element analysis and average loading paths are calculated.
Fracture tests are carried out using INSTRON 5583 and high speed material testing machine with de-formation images captured by the high speed camera. For the quasi-static case, both the hybrid experi-mental-numerical method and the 2D-DIC method are employed in order to measure the fracture strain. By comparing 3D fracture surfaces and 2D fracture loci constructed based on the measured data with each method, applicability of the 2D-DIC method to measuring the fracture strain of DP780 sheets are explored. Thus, for higher strain rates, only is the DIC method adopted to measure the fracture strain because reliable true stress??true strain curves beyond necking at various strain rates are difficult to determine.
Based on the acquired fracture strain data and calculated average loading paths, the modified Mohr??Coulomb fracture loci are constructed and represented with respect to the strain rate. Also, the loci are transformed into fracture forming limit diagrams which is relatively easy to understand and compare with conventional forming limit diagrams.
파단변형률 데이터는 금속의 파단을 정확히 예측할 수 있는 연성파단모델의 개발 및 구성에 필수적이다. 실제 성형공정에서의 파단 가능성을 평가하기 위해서는 변형률속도효과 또한 고려되어야 한다. 본 연구에서는 하이브리드 방법 및 2차원 DIC 기법을 도입하여 응력삼축성과 로데각으로 표현되는 다양한 하중경로 및 중변형률속도에서의 DP780 강재의 파단 변형률을 측정한다.
첫째로, 유한요소해석에 사용될 물성획득을 위하여 준정적 조건에서 압연방향, 대각선방향, 횡방향으로 단축인장시험을 수행하고 r값을 측정함으로써 항복함수를 구성한다. 변형률속도에 따른 경화곡선을 획득하기 위하여 압연방향으로 0.001/s에서 100/s에 이르는 총 6개의 변형률속도에 대하여 단축인장시험을 수행한다.
시편경계에 단축인장하중을 가함으로써 최대 등가소성변형률 발생점에 다양한 하중경로를 간접적으로 유도하기 위하여 네 가지 시편형상을 선정한다. 순수전단조건을 부여하기 위하여 기존의 대각선 방향으로 양쪽에 노치가 있는 시편을 수정한다. 단축인장조건의 경우 도그본시편과 함께 전 변형과정에 걸쳐 하중경로가 거의 일정하게 유지되는 중심에 원형 홀을 가진 시편을 도입한다. 평면변형률인장조건은 두께 방향으로 평평한 홈을 가진 시편을 사용한다. 네 번째 시편은 초기 하중경로를 변경할 수 있도록 양 옆에 두 개의 노치를 지니고 있다. 파단시험 시 부과할 크로스헤드 속도는 평균변형률속도가 목표변형률속도에 도달할 수 있도록 설정한다. 각 시편 형상의 변형에 따른 하중경로는 유한요소해석을 통해 자세히 분석되고 평균 하중경로를 계산한다.
파단시험은 INSTRON5583 및 고속재료시험기(High Speed Material Testing Machine)를 이용하여 수행되며 재료의 전 변형과정은 고속카메라를 이용하여 촬영된다. 정적조건에 대해 하이브리드 방법 및 2차원 DIC기법을 모두 도입하여 파단변형률을 측정한다. 두 가지 방법에 의해 측정된 파단변형률 데이터를 기반으로 3차원 파단곡면 및 2차원 파단자취를 구성하고 상호비교함으로써 DP780 강재의 파단변형률 측정을 위한 2차원 DIC기법의 적용가능성을 검토한다. 높은 변형률속도에 대해서는 변형률속도에 따른 네킹 이후 영역에 대한 진응력-진변형률 선도를 결정하기 어렵기 ??문에 DIC기법만을 사용하여 파단변형률을 측정한다.
획득한 파단변형률 및 계산된 평균하중경로 데이터를 기반으로 수정된 Mohr-Coulomb 파단자취를 구성하고 변형률속도의 변화에 따라 도시한다. 또한 보다 쉬운 이해와 보편적인 성형한계도와의 직접적 비교가 가능하도록 파단자취를 파단성형한계도로 변환한다.
