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J. Phys. IV France
Volume 07, Numéro C3, August 1997
EURODYMAT 1997 - 5th International Conference on Mechanical and Physical Behaviour of Materials under Dynamic Loading
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Page(s) | C3-1033 - C3-1038 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/jp4:19973174 |
J. Phys. IV France 07 (1997) C3-1033-C3-1038
DOI: 10.1051/jp4:19973174
Rate Dependent Impact Fracture Toughness Analysis for Brittle Materials
K. Takahashi, G. Aggag and T. MadaResearch Institute for Applied Mechanics, Kyushu University, Kasugakoen, Kasuga 816, Japan
Abstract
Dependence of dynamic fracture toughness of brittle materials on impact velocity was studied for Charpy specimens using an instrumented measuring system. The measuring system includes not only a conventional dart gauge system but also a crack tip gauge system and an optical fiber system for measurement of dynamic displacement during impact. Brittle fracture of notched polycarbonate specimens was studied. A quasi-dynamic calibration method was adopted to determine the dynamic specimen compliance for evaluation of dynamic fracture toughness. The specimens had two types of notches ; a V-shaped notch (0.25 mm in tip radius) and a sharp razor notch. It has been shown from the results that, first, values of KIC or GIC evaluated directly from the impact dart gauge lead to an erroneous conclusion on the velocity dependence. Second, the toughness of PC-specimens decreases with the increase of the impact velocity from 1 to 5.5 m/sec. Third, a good agreement is obtained between values of the toughnesses evaluated from the optical method and those from the crack tip gauge. Fourth, Charpy specimens with blunt notches gave values of fracture energy which were three to four times higher than those obtained from sharp notched specimens. The effect of the impact velocity on the morphology of the fracture surface is discussed.
Résumé
La dépendance de la résistance à la fracture dynamique des matériaux fragiles proportionelle à la vitesse d'impact a été étudiée avec des éprouvettes de type Charpy utilisant un système instrumentale. Le système comporte non-seulement des jauges à flèche mais aussi des jauges pour fissure ainsi qu'un système à fibre optique servant à mesurer le déplacement dynamique intervenant au moment de l'impact. La rupture des éprouvettes en polycarbonate pré-entaillés a été étudiée. La réponse dynamique de ces éprouvettes a été déterminée utilisant une méthode quasi-dynamique. Deux types d'entailles on été réalisés : une fente en forme de V(0.25 mm de diamètre) et une fente directe. Les résultats obtenus démontrent que des conclusions erronées peuvent être obtenues pour les valeurs de KIC ou GIC quand à la dépendance de la vitesse d'impact lorsque celles-ci sont mesurées directement avec la jauge à impact à flèche. De plus, la résistance des éprouvettes décroît avec l'augmentation de la vitesse d'impact de 1 à 5,5 m/sec. Une bonne similarité entre les valeurs de la résistance évaluées avec la méthode optique et celles mesurées avec les jauges à fissure a été obtenue. Enfin, les échantillons comportant des entailles rugueuses donnent des valeurs d'énergie de fracture de 3 à 4 fois plus élevées que celles obtenues avec les échantillons à entailles directes et polies. L'effect de la vitesse d'impact sur la morphologie des fissures en surface est également discuté.
© EDP Sciences 1997