Analysis of Some Thermal Instability Criteria in the Adiabatic Shear Banding Process

Abstract
Adiabatic shearing, occuring at strain-rates above 10³ s^-1, is expressed as a much critical thermo-plastic material instability, i.e., by the balance between only the two strain-rate hardening and thermal softening terms. The adiabatic temperature rise, calculated locally within the shear band, can be very high and reach a critical temperature for pressure induced phase transition or even melting, thus provoking material instability and eventually fracture. These numerical results are illustrated by observations of adiabatic shear bands unexpectedly present as fracture surfaces in split Hopkinson pressure bar specimens in steels and titanium, and also in the rear of rod impact (Taylor) test specimens in titanium and aluminum.

Résumé
Le cisaillement adiabatique, ayant lieu à des vitesses de déformation supérieures à 10³ s^-1, est exprimé comme une instabilité thermo-plastique très critique du matériau, c.à.d. par l'équilibre entre seulement les deux termes de frottement visqueux et d'adoucissement thermique. L'élévation adiabatique de la température, calculée localement dans la bande de cisaillement, peut être très forte et atteindre une température critique de transition de phase sous pression ou même de fusion, provoquant ainsi une instabilité du matériau et éventuellement la rupture. Ces résultats numériques sont illustrés par des observations de bandes de cisaillement adiabatique inopinément présentes dans des éprouvettes en aciers et titane rompues par compression aux barres d'Hopkinson, ainsi que en queue d'éprouvettes en titane et aluminium après test (de Taylor) d'écrasement de cylindre.