This thesis is a study on the shear properties at ultra-high strain rates using the Taylor impact test. In the simulation of the material's dynamic behavior, experiment-based material properties considering the loading path as well as the strain rates can predict the material behavior more accurately than the tensile properties extrapolated for the high strain rate region. The Taylor impact test is used to derive the shear deformation at the ultra-high strain rates more than $10^4$/s^{-1}$ or higher. Shear specimen applicable to the Taylor impact tester is designed. The specimen is designed considering the uniformity of deformation, stress state and strain rate etc. using finite element analysis. Some methods are developed to control alignment of the specimen. The deformation and fracture process of the specimen is recorded using the high speed camera, and the number of the sequential images captured during the deformation should be as much as possible. The possibility of the applying DIC method to this image series is checked. The shear test using the Taylor impact test is simulated using the finite element analysis. The hardening behavior on the shear loading at ultra-high strain rates is adjusted to describe the experimental results exactly. The fracture strain on the shear loading at ultra-high strain rates is obtained by comparing the moment at which fracture occurs in the actual specimen during the Taylor impact test and the finite element analysis that simulates the experimental results accurately. Shear characteristics at ultra-high strain rates is analyzed using the obtained shear properties. Also, the effect of the loading path on the material properties at ultra-high strain rates is analyzed comparing with the tensile properties.
본 학위 논문은 테일러 충격 시험기를 이용한 초고 변형률속도에서의 재료의 전단에 의한 경화 거동 및 파단 거동에 관한 연구이다. 재료의 동적 거동에 관한 해석에 있어서, 실험에 기반하여 변형률속도와 하중 경로를 고려한 물성을 사용하는 것은 단순한 외삽법을 이용하여 추정된 인장 물성만을 사용하는 것보다 정확한 예측이 가능하다. $10^4$/s^{-1}$ 이상의 초고 변형률속도에 대한 전단 변형을 유도하기 위해 테일러 충격 시험을 이용한다. 테일러 충격 시험기에 적용 가능한 새로운 전단 시편을 설계한다. 시편은 유한요소해석을 이용하여 균일 변형, 응력 상태, 변형률속도 등을 고려하여 설계한다. 시편이 표적에 충돌할 때, 충돌 각도가 발생하지 않도록 하는 방안들을 고려한다. 시편의 변형 과정 및 파단은 고속 카메라를 이용하여 촬영되며 시편이 변형하는 동안 충분한 이미지가 확보될 수 있도록 한다. 실험으로부터 얻은 연속 변형 이미지를 이용하여 DIC 기법의 적용 가능성을 체크한다. 유한요소해석을 이용하여 테일러 충격 시험을 이용한 전단 시험을 모사하고, 실험 결과를 정확히 재현할 수 있도록 응력-변형률 관계를 보정함으로써 초고 변형률속도에서의 전단에 대한 경화거동을 획득한다. 실제 시편의 파단이 발생하는 시점 및 파단 후의 거동을 실험 결과를 정확히 모사하는 유한요소해석과의 비교를 통해 초고 변형률속도에서 전단 파단 변형률을 획득한다. 획득한 전단 물성으로부터 초고 변형률속도에 대한 전단 거동을 분석하고 인장 물성과의 비교를 통해 하중 경로가 재료 물성에 미치는 영향을 분석한다.
