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압입시험 후 생성된 표면변위장을 활용한 재료물성 평가법 개발

A new method for evaluation of material properties using surface displacement data from indentation test

초록/요약

This study proposes a new method for evaluating plastic properties of metal materials (elastic limit stress, strain hardening exponent) by adopting the additional imprint variable from spherical indentation tests without load-displacement curves. The method extracts the plastic properties from radial displacement (surface displacement fields) as well as vertical profiles of residual imprints. The relationship between residual imprint and plastic properties is obtained using finite element (FE) and regression analyses, and the material property evaluation algorithm is then proposed using the inverse analysis method. The numerical inverse analysis of FE solution shows high accuracy without mystical errors and acceptable sensitivity to the error of indentation variables. Digital image correlation (DIC) method is used for measurements of the radial displacement fields. The errors of the properties determined with our method were less than 12 % for elastic limit stress, 0.6 for strain hardening exponent compared with those from tensile tests.

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초록/요약

본 연구는 구형 압입시험을 이용해 수직형상 이외의 추가 잔류압흔 정보를 도입함으로써 단일 압입시험으로 금속의 소성물성 (탄성한도 응력, 변형경화지수) 을 평가하는 새로운 방법을 제시한다. 이를 위해 압입시험 후 표면에 생성된 수평변위장을 이용했다. 구형압입 FE 모델과 회귀분석으로 압흔과 재료물성간 관계식을 구축했고, 재료물성 역해석 알고리즘을 형성했다. FE 해를 이용한 역해석 결과 유사물성 없이 높은 정확도를 보였고, 역해석 변수의 오차에 대해 적절한 민감도를 보여 평가법의 신뢰성을 수치적으로 검증했다. 실제 산업재료에 대한 압입시험을 했고, 이 과정에서 수평압흔 획득에는 디지털 이미지 상관 (digital image correlation, DIC) 기법을 적용했다. 인장물성과 최대 차이는 탄성한도 응력 12 %, 변형경화지수 0.6 으로 기존의 압입시험법과 유사한 정확도를 보였다.

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