Vývoj zařízení pro smykový rázový test

Abstract

Predložená diplomová práca sa zaoberá návrhom zariadenia pre vykonávanie šmykových rázových skúšok na platforme zariadenia Taylorovho rázového testu (TAT). Navrhovaná metóda je určená pre testovanie materiálov pri dynamickom zaťažovaní a vysokých rýchlostiach deformácií. Práca obsahuje rozsiahlu štúdiu rozboru súčasného stavu problematiky vysokých rýchlostí deformácií so zameraním na dynamické zaťažovanie kovových a celulárnych materiálov, ako aj vývoj testovacích metód a experimentálnych zariadení pre následné dynamické materiálové skúšky. Komplexný rozbor danej problematiky definuje výsledný návrh zariadenia, ktoré spája konvenčný prístup testovania materiálových vlastností pri rázovom zaťažení pomocou zariadenia TAT, s rázovou skúškou v šmyku, uskutočňovanej na zariadení Hopkinsonovej mernej delenej šmykovej tyče (SHSB). Konštrukcia zariadenia vychádza zo štandardných rozmerov dostupných testovacích platforiem v Laboratóriu vysokých rychlostí deformací (DYTE) na Ústavu strojírenské technologie, Fakulty strojního inženýrství, Vysokého učení technického (VUT) v Brně a limitných rozmerov nosiča (sabotu) materiálovej vzorky. Súčasťou práce je aj samotný návrh vzorky zo smrekového dreva, pomocou ktorej bola následne prakticky otestovaná funkčnosť daného zariadenia. Záverečná časť práce následne porovnáva získané výsledky so simuláciou v programe LS-DYNA a pojednáva o možnostiach tvarovej optimalizácie vzorky pre kovové materiály, ako aj o úprave zariadenia pre viacúčelové získavanie dát.

The presented thesis deals with the design and production of a testing device for the analysis of shear impact stresses based on the Taylor anvil test (TAT). The proposed testing procedure is aims to test material behaviour for large strain material testing at high impact speeds. The thesis presents a detailed study of the currently most used methods for material testing via high impact speeds. These methods are applied for dynamical testing of metallic and cellular materials. Finally, the theory is applied to develop a testing device for material testing under dynamic impact conditions. As the final output of the research, a testing device is presented, which combines the basic testing principles of the TAT and the shear impact test from the Split Hopkinson Stress Bar (SHSB). This combination combines the conventional procedure of material testing with the usage of dynamic impact, with the shear impact test. Based on the available testing devices at High Strain Rate Laboratory (DYTE) at the Institute of Manufacturing Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology (BUT), the final design was adjusted to fit into the dimensions, thus being standardised with them. In the final part, the self-designed shape of the testing specimen, which was made from spruce wood, is presented. Several such specimens were used to test and verify the design functionality of the device. The final part of the thesis compares the obtained results with simulation in LS-DYNA, and presents future possibilities, such as optimisation of the shape of the testing specimen for metallic materials, as well as the upgrade of the device to be capable of multi-purpose data gathering.