Summary
Hier presenteren we een gedetailleerd protocol voor een nieuwe aanpak voor het uitvoeren van de verhoogde temperatuur reverse normale plaat impact, en gecombineerde druk-en-shear plaat impact. De aanpak omvat het gebruik van een kachel resistieve spoel staartstuk-einde te een steekproef gehouden op de front-end van een hittebestendig sabot tot de gewenste temperatuur te verwarmen.
Abstract
Een nieuwe benadering voor het uitvoeren van normale en/of gecombineerde druk-shear plaat gevolgen experimenten bij test temperaturen tot 1000 ° C wordt gepresenteerd. De methode kunt verhoogde temperatuur plaat-gevolgen experimenten gericht op het dynamisch gedrag van materialen onder thermomechanische uitersten, terwijl verschillende speciale experimentele uitdagingen tijdens het uitvoeren van soortgelijke experimenten beperkende sonderen met behulp van de conventionele plaat effect aanpak. Aangepaste aanpassingen worden aangebracht in het staartstuk-einde van een single-fase gas-wapen aan de Case Western Reserve University; deze aanpassingen omvatten een precisie-gefreesd extensie stuk gemaakt van SAE 4340 staal, die strategisch is ontworpen om de bestaande pistool-vat terwijl het verstrekken van een hoge tolerantie mate overeenkomen met de boring en spiebaan. De extensie stuk bevat een verticale cilindrische kachel-well, die beschikt over een vergadering van de kachel. Een resistieve spoel kachel-hoofd, staat te bereiken temperaturen tot 1200 ° C, is gekoppeld aan een verticale stam met axiale/roterende graden van vrijheden; Hierdoor kunnen de dunne metalen exemplaren gehouden op de front-end van een hittebestendig sabot gelijkmatig over de diameter aan de gewenste test temperaturen worden verwarmd. Door het verhitten van de flyer plaat (in dit geval, het monster) aan het staartstuk-einde van het pistool-vat in plaats van eind doel-, kunnen verschillende kritische experimentele uitdagingen worden afgewend. Deze omvatten: 1) ernstige veranderingen in de uitlijning van de doel-plaat tijdens verwarming als gevolg van de thermische uitzetting van de verschillende bestanddelen van de vergadering van de doel-houder; 2) uitdagingen die zich als gevolg van de elementen van de diagnose voordoen, (dwz., polymeer holografische roosters en optische sondes) wordt te dicht bij de vergadering van de verwarmde doel; 3) uitdagingen die zich voor doel platen met een optische venster voordoen, waar bond cruciale toleranties tussen het monster, laag, en venster steeds moeilijker te handhaven bij hoge temperaturen; 4) in het geval van gecombineerd compressie-shear plaat gevolgen experimenten, de noodzaak voor hoge-temperatuur-resistente diffractie roosters voor de meting van transversale deeltje snelheid op het vrije oppervlak van de doelstelling; en 5) beperkingen opgelegd aan de botssnelheid nodig voor eenduidige interpretatie van de gemeten vrije oppervlakte snelheid versus tijd profiel als gevolg van thermische verzachten en eventueel opbrengst van de omsluitende doel platen. Door gebruik te maken van de aanpassingen die hierboven vermeld, presenteren we de resultaten uit een serie van omgekeerde geometrie normale plaat gevolgen experimenten op commerciële zuiverheid aluminium op een scala aan monster temperaturen. Deze experimenten Toon deeltje snelheden in de beïnvloede staat, die een aanwijzing van materiaal zachter minderen (daling in opbrengst na stroom stress) met stijgende temperaturen van het monster.
Introduction
In waterbouwkundige toepassingen, zijn materialen onderworpen aan een brede waaier van voorwaarden, die kunnen statisch of dynamisch in de natuur, in combinatie met hoge niveaus van vervorming en temperaturen variërend van kamer naar in de buurt van het smeltpunt. Onder deze uitersten thermomechanische kan de materiaalgedrag variëren drastisch; Dus, meer dan bijna een eeuw, verschillende experimenten zijn ontwikkeld gericht naar het sonderen van de dynamische reactie en/of andere kenmerken van materiaalgedrag terwijl onder gecontroleerd laden regimes1,2,3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14. voor metalen geladen op lage tot tussentijdse stam tarieven (10-6-100 /-s), servo-hydraulische of precisie schroef universele testen machines zijn gebruikt voor het bestuderen van de materiële reactie onderworpen aan verschillende laden modi en niveaus van vervorming. Maar als de toegepaste spanning verhogen tarieven buiten de tussenliggende stam-tarieven (dwz., > 102/s), andere experimentele technieken noodzakelijk teneinde de sonde van de mechanische reactie zijn geworden. Bijvoorbeeld bij laden tarieven van 103/s tot en met 5 × 104/s full-sized of verkleind Split-Hopkinson druk bars inschakelen dergelijke metingen te worden gemaakt van8,15.
Traditioneel, lichte gas-geweren en/of explosief gedreven plaat gevolgen experimenten hebben gebruikt om te bestuderen van de dynamische inelasticity en andere verschijnsel zoals spallation of fase van de transformatie die zich voordoen met zeer hoge spanning tarieven (10-5-10 7/s)16,17,18,19,20,21,22, of combinaties van hoge druk en dynamisch laden. Gewoonlijk, plaat gevolgen experimenten betrekken de lancering van een plaat van de flyer gedragen door een sabot aanvankelijk aan het staartstuk-einde van de gas-pistool, die vervolgens langs de lange zijde van het pistool-vat reist en wordt gemaakt te botsen met een zorgvuldig uitgelijnd stationaire doel plaat op de gevolgen kamer. Als gevolg van de impact, worden normale en/of gecombineerde druk en schuifspanningen gegenereerd op de flyer/target-interface, die reizen door de ruimtelijke dimensies van de platen als longitudinale en/of gecombineerde langs- en dwarswapening stress golven. De komst van deze golven op het achterste oppervlak van de plaat van de doelstelling van invloed op de snelheid van de momentane vrije oppervlakte deeltje van de doel-plaat, die meestal wordt gecontroleerd via interferometrische technieken. Om de interpretatie van de gemeten deeltje snelheid versus tijd geschiedenis, is het noodzakelijk dat vliegtuig-golven met een front evenwijdig aan het botsingsvlak op effect14,23worden gegenereerd. Om de voormalige, impact moet plaatsvinden met een effect tilt hoek over de volgorde van minder dan één milli-radiaal12,24, met gevolgen oppervlakken van vlakheid beter dan een paar micrometers5,25.
Plaat gevolgen experimenten zijn aangepast tot verwarmingselementen waarmee onderzoek naar materiaalgedrag uit te breiden in thermomechanisch uitersten26,27,28,29. Deze aanpassingen sprake meestal van de toevoeging van een inductiespoel, of van een resistieve kachel element aan het doel-einde van het gas-wapen; al deze aanpassingen experimenteel haalbaar gebleken zijn, wordt de aanpak inherent leidt tot speciale experimentele uitdagingen die zorgvuldige overwegingen vereisen. Sommige van deze experimentele complicaties omvatten Differentiële thermische uitzetting van de verschillende bestanddelen van de vergadering van de houder van de doelgroep en/of uitlijnopspanning terwijl de plaat van de doelgroep (VB), waarvoor in-real-time uitlijning aanpassingen, Verwarming meestal gemaakt met op afstand bestuurde uitlijning tools met continue feedback teneinde cruciale parallellisme tolerantie tussen de monster- en het doeldomein plaat. In het geval van de druk-shear plaat effect experimentele regeling, Verwarming van het monster vereist conventionele polymeer roosters vervangen door hoge-temperatuur-resistente metalen roosters om te kunnen volgen dwars deeltje snelheid op het vrije oppervlak van de doel de plaat. Bovendien, Verwarming van het monster kunt toevoegen beperkingen op de botssnelheid die kan worden ingezet in bepaalde experimentele regelingen, zoals in de hoge stam gecombineerd tarief druk-en-shear plaat gevolgen configuratie, waar speciale overwegingen mogelijk vereist om te voorkomen dat een ondubbelzinnige interpretatie van de experimentele resultaten, die worden berekend met behulp van de akoestische impedantie van de voorzijde en achterzijde doel platen die mogelijk temperatuur afhankelijk. Tot slot, voor andere experimentele regelingen waarvoor een doel-plaat met een optische venster, toleranties tussen de monster, bond laag, en/of coatings steeds moeilijker te handhaven op hoge temperaturen19.
Ter verzachting van de experimentele uitdagingen hierboven vermeld, hebben wij aangepaste aanpassingen aan de bestaande single-fase gas-gun gelegen aan de Case Western Reserve University (CWRU)7,30,31,32 . Deze wijzigingen kunnen dunne metalen exemplaren gehouden op de front-end van een hittebestendig sabot te worden verhit tot temperaturen boven 1000 ° C, voorafgaand aan de ontploffing, waardoor hoge temperatuur normaal en/of gecombineerde druk-shear plaat gevolgen experimenten worden uitgevoerd. In tegenstelling tot de meeste van de conventionele benaderingen werkzaam voor verhoogde temperatuur plaat impactstudies, heeft deze methode aangetoond dat verschillende van de hierboven beschreven experimentele uitdagingen te verlichten. Deze aanpak is bijvoorbeeld gebruikt om redelijkerwijs tilt hoeken van minder dan één milli-radiaal zonder de noodzaak voor externe tilt aanpassing30, of extra optische elementen voor tilt veranderingen tijdens het experiment te volgen. Ten tweede, aangezien de doelgroep plaat onder omgevingstemperatuur kunnen worden bewaard blijft, deze methode hoeft niet de behoefte aan speciale hoge-temperatuur-resistente holografische roosters voor de meting van transversale deeltje snelheid in schuine gevolgen experimenten; Bovendien hogere impact snelheden kunnen worden gebruikt zonder het risico van de opbrengst van het doel plaat, en dus, het verminderen van de complexiteit van de interpretatie van de experimentele resultaten. Om toe te voegen, kan deze aanpak standaardinteracties hoogtemperatuur omgekeerde-meetkunde normale plaat gevolgen experimenten die ons tot relaties voor een keuze monstermateriaal worden gebruikt. Deze kunnen worden verkregen via impedantieaanpassing technieken, of Daarnaast, een analyse van de ventilator van de rarefaction van de achterste oppervlak van het monster waaraan informatie over eventuele wijzigingen in monster schok snelheid tijdens het lossen33,34 . In de verhoogde temperatuur gecombineerde druk-shear plaat gevolgen configuratie kunnen deze aanpak de dynamische inelasticity van dunne lagen worden bestudeerd tot een breed temperatuur en plastische vervorming bereik en stam-tarieven tot 107/s afhankelijk van de dikte van de dunne specimen16,27,29.
Wij presenteren de protocollen die nodig zijn voor het uitvoeren van een typische verhoogde temperatuur plaat effect experiment hierboven besproken. Dit zal worden gevolgd door een sectie gewijd aan representatieve resultaten verkregen met behulp van de huidige techniek. Tot slot zal een bespreking van de resultaten worden gepresenteerd vóór een sluiting.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. steekproef en Target materiële voorbereiding
Opmerking: In het volgende protocol, zullen we de stappen die nodig zijn voor het voorbereiden van de monster- en het doeldomein materialen, die later zal worden gebruikt in een omgekeerde geometrie experiment voor de gevolgen van de normale plaat detail. Bij deze instelling zal een flyer plaat (ook het monster), gehouden op de voorzijde van een sabot, worden gelanceerd via een ééntraps gas pistool en gemaakt om de impact van een plaat van de stationaire doel gehuisvest in de kamer van de doelstelling van het gas pistool. Een typische flyer en doel plaat vergadering beschreven in het volgende protocol is schematisch weergegeven in Figuur 1.
- Afdeling een 99,999% commerciële zuiverheid polykristallijne aluminium staaf in schijven die later zal worden gebruikt als de flyer platen (monsters).
Opmerking: Dit kan worden gedaan met behulp van een trage zaag om hoge temperaturen en resterende benadrukt in het werkstuk te voorkomen. - Gezicht en draai de monster-schijven op een draaibank met een diameter van 76 mm en een dikte van 5,6 mm.
- Boorgaten drie equidistante 5 mm in doorsnee op een 62 mm diameter vet cirkel op de monster-schijven, die later zal worden gebruikt om de monsters naar de sabot veilig te stellen.
- Het malen van beide zijden van de monster-platen teneinde een vlakheid en parallellisme tolerantie van bijna 10 µm over de diameter van de monsters.
- Een ruwe schoot op de steekproef plaat oppervlakken met behulp van een commerciële kabbelende machine met relatief grof deeltjesgrootte (10-20 µm) uitvoeren.
Opmerking: Een gewicht kan worden toegevoegd in deze stap de onderdrempel oppervlakken tot een zelfs saai grijs, met vermelding van uniformiteit in de diameter van de schijf. - Voorzichtig schoon de onderdrempel monsters met ethanol te verwijderen van alle resterende deeltjes, en minerale olie. Vervolgens, Pools beide oppervlakken van de platen van de monster met behulp van 1 µm diamant paste op een polijst doek.
- Het controleren van de vlakheid van de monsters door het observeren van lichte banden via een optische flat in contact met het oppervlak van belang onder een groene monochromatisch licht bron16.
Opmerking: Vlakheid kan worden gekwantificeerd door het observeren van de kromming van de lichte bands op het oppervlak van het monster, of door het tellen van het aantal banden over de diameter zoals afgebeeld in Figuur 2.- Verhuizing-op naar de volgende stap als 3 bands licht of minder worden gezien over de diameter van de steekproef die aangeeft dat een vlakheid van ongeveer 2 µm. anders, herhaalt u stap 1.4.1 - 1.4.3 tot 3 lichte banden of beter wordt bereikt.
- Een ruwe schoot op de steekproef plaat oppervlakken met behulp van een commerciële kabbelende machine met relatief grof deeltjesgrootte (10-20 µm) uitvoeren.
- Herhaal stap 1.1-1.3 te fabriceren van de doel-platen. Deel een neerslag gehard (hoge sterkte) aluminium staaf (Tabel van materialen) in schijven en vervolgens machine deze tot een diameter van 25 mm en een dikte van 7 mm. Tot slot, het malen van beide zijden plat tot ongeveer 10 µm.
- Ronde van beide oppervlakken van de platen doel op een kabbelende machine met 15 µm aluminiumoxide poeder in minerale olie totdat de oppervlakken een zelfs saai grijs uiterlijk bereiken.
Opmerking: Een gelijkwaardige deeltjesgrootte van diamant drijfmest kan worden gebruikt om sneller verwijdering tarieven en betere oppervlak reflectively. Bovendien kunnen de gewichten worden gebruikt. - Herhaal stap 1.4.2.
- Het controleren van de vlakheid van de doel-platen door stap 1.4.3 te herhalen. Ga verder met de volgende stap als 1 lichte band of beter wordt voldaan. Anders, herhaal stap 1.4.1 - 1.4.3 totdat 1 lichte band of beter is bereikt. Als holografische roosters nodig zijn, gaat u verder met stap 1.5.4, ga anders door naar stap 1.6.
- Ronde van beide oppervlakken van de platen doel op een kabbelende machine met 15 µm aluminiumoxide poeder in minerale olie totdat de oppervlakken een zelfs saai grijs uiterlijk bereiken.
- Gebruik maken van een soortgelijke procedure zoals beschreven in stap 1.1-1.3 te fabriceren van de ring van aluminium.
- Sectie van een aluminium buis met de uiterlijke en innerlijke diameters van 41 en 32 mm, respectievelijk, in ringetjes en vervolgens geconfronteerd met de zijkanten met een dikte van 7 mm.
- Zes 3 mm diameter "slots" equidistante op een bout-cirkel van 34.5 mm diameter boren. Deze zullen later huis zes spanning bevooroordeeld koperen pinnen, waardoor tilt metingen worden gemaakt bij de botsing.
- Slijpen, schoot, schoon, en Pools van beide oppervlakken van de aluminium ringen met behulp van de procedures die zijn beschreven in stap 1.4.
- Houden de vlakke doelwit plaat naar de aluminium ring met behulp van een mengsel van de epoxy twee-onderdelen op een vlakke tuig te beveiligen zoals afgebeeld in Figuur 3. Laat de epoxy genezen overnachten bij kamertemperatuur.
Opmerking: De twee delen zijn bevestigd aan een plat staal podium met drie schroeven die worden voorzichtig met de hand aangescherpt zodat de toegepaste druk op het doel en de ring voorkomen dat de epoxy naar buiten lekken.- Verwijder alle overgebleven lijm van de radiale "slots" of het oppervlak van de platen met behulp van aceton.
- De doelgroep plaat/aluminium ring vergadering invoegen door de POM-ring.
Opmerking: De POM-schijf zal later worden gemonteerd op de-naar een target houder met roterende vrijheidsgraden, waarmee de uitlijning van de materialen van de test binnen de pistool-vat. - Markeer de positie van de zes radiale "slots" op de innerlijke stap van de POM-ring en boren van zes t/m-dikte gaten op de gemarkeerde locaties.
- Afdeling 6 koperen pinnen uit een spoel van 15 AWG geëmailleerd koperdraad met de lengte van ~ 50 mm en verwijder de geëmailleerde isolatie laag van twee van hen. Druk op de pinnen in de "slots" in een symmetrisch patroon: twee pinnen van de grond worden geplaatst op andere locaties van de cirkel. Duw de pinnen via de "slots" en laat ongeveer 2 mm uitsteken naar buiten van het oppervlak van de ring.
Opmerking: De pennen worden gebruikt voor het meten van de hoek van de tilt en geven de trigger signaal. - Gebogen-uiteinden van de koperen pinnen aan de achterkant-oppervlakte van de ring van de POM met behulp van extra snel-instelling epoxy houden.
- Gebruik een lage viscositeit twee delen epoxy mengsel voor het afdichten van de kloof tussen de aluminium ring en de binnenwand van de POM-ring. Laat de epoxy genezen overnachten bij kamertemperatuur.
- Verwijder de overtollige 2 mm koperen pennen uitsteken van het oppervlak van de ring van aluminium. Eerste sectie de overmaat pinnen met een roterende gereedschap en vervolgens zand de resterende neer aan het oppervlak met behulp van natte 300 korrel zand papier, totdat pinnen bijna zijn flush op het oppervlak van de ring van aluminium.
- Schoot, reinigen en polijsten van de hele vergadering herhaalt u stappen 1.4.1-1.4.3. Zorg ervoor dat de gehele onderdrempel vergadering plat naar binnen 2-3 lichte banden.
- Soldeer de uiteinden van de zes koperen pinnen aan de achterkant-oppervlakte van de POM-ring, en monteer de POM-ring aan de houder van de doelgroep met behulp van vier 6.35 mm diameter POM pinnen.
2. assemblage van aangepaste hittebestendig Sabot
- Het verzamelen van de montage-onderdelen voor de hittebestendig sabot, afgebeeld in Figuur 4.
- Hechten van een oogschroef aan de onderkant van het GLB van aluminium en beveiligen van een afdichting O-ring en een PTFE-toets in de groeven van het GLB.
Opmerking: De sleutel en de O-ring worden gebruikt om te voorkomen dat de tilt en de rotatie van de sabot tijdens haar reizen vaststelling van het pistool-vat.- Trek de draad THERMOK door het gat aan de onderkant van het GLB en beveiligen van de THERMOK draad in een verbindingslijn.
- De kap voor de back-end, en het volledig gestookte aluminiumoxide silicaat Lava rock buis aan de front-end van de aluminium buis met behulp van twee-onderdelen snelle instelling epoxy houden.
- Trek de sonde THERMOK door het gat in de monsterhouder 76,2 mm diameter H13 gereedschapsstaal legering.
- Houden de monsterhouder H13 aan de front-end van de Lava tube met hoge temperatuur cement of gelijkwaardige hoogtemperatuur lijm.
- Toepassing van het cement van de hoge temperaturen rond de 25 mm diameter en 3 mm dikke Lava schijf zit op de top van het innerlijke Thru b-l-dikte 19 mm diameter concentrische gat van de H13-houder. Laat de hoge temperatuur cement te droge overnachting bij kamertemperatuur.
- Beveiligen van het monster, tot H13 monsterhouder met drie schroeven van aluminiumoxide, en ervoor te zorgen dat de vlakheid van het monster niet verandert met behulp van het protocol beschreven in 1.4.3.
3. assemblage van de materialen van de Test binnen de Gas-pistool
- De voorzijde van het monster en de doelstelling met isopropyl alcohol schoon, en gebruikt u tape te beveiligen eerste oppervlakte spiegels aan de oppervlakte van elk.
- Schroef scherpen een 3 assen beweging stadium op een extruding staaf boven het pistool vat in de vergaderzaal van de gevolgen, en koppelt de prism houder uitvoering een optische precisie-Prisma op het podium.
- Trekken een touw door middel van het geweer vat, en bevestig het touw aan de sabot via de oogschroef op de aluminium dop.
- Plaats de sabot in geweer vat met het monster naar de effect-zaal gericht, en plaats van de vergadering van de houder van de doelgroep in de zaal van de doelgroep geconfronteerd met het monster.
- De positie van het doel door de vier POM positionering pinnen aan te passen totdat de eerste-oppervlakte spiegel op het doel wordt uitgelijnd met de eerste-oppervlakte spiegel op het monster uitlijnen
- Het uitvoeren van een ruwe uitlijnen van het parallellisme tussen de platen van het monster en doel met een diffuse lamp en een reflecterende spiegel. Pas het werkgebied totdat één continu gereflecteerde afbeelding van de lamp kan worden afgeleid uit alle van het oppervlak op de uitlijning prism.
- Gebruik een auto-collimator24 om de fijne uitlijning.
- Het werkgebied aanpassen totdat het gereflecteerde beeld van het Kruis van het achterste oppervlak van het prisma is uitgelijnd met de afbeelding die weerkaatst door de spiegel van de eerste-oppervlak van de steekproef.
- Aanpassen van de doel-vergadering door te draaien aan de positionering schroeven op de doel-houder totdat het gereflecteerde beeld van het Kruis van het achterste oppervlak van het prisma is uitgelijnd met de afbeelding die weerkaatst door de spiegel van de eerste-oppervlak op het doel.
- Verwijder de eerste-oppervlak spiegels uit het monster en de doelgroep. Ook de reflecterende spiegel, prisma, prism houder en de aanpassing fase uit de zaal effect verwijderen.
- Trek de sabot naar het staartstuk-einde van gas-pistool met behulp van het touw, en verwijder vervolgens het touw van het GLB.
- Verlaten ~ 2.5 mm afstand tussen de sabot en het hoofd van de kachel en de lengte van de schroeven waardoor de rug motie van de sabot richting de stuitligging dienovereenkomstig aanpassen.
- De thermische-paar verbinden met de temperatuur diagnostische monitor.
Opmerking: De thermische-paar draad op de temperatuur monitor einde heeft gebracht binnen het vat door de vacuüm buis met behulp van een feedthrough.
4. regeling en de uitlijning van de Laser-Based diagnostiek
- Zet twee schroefdraad ankers in de gaten op de achterkant van de focuser sonde houder. Draai de twee schroeven via de ankers totdat ze de POM opdat de vrijheid om te veranderen van de hoek invallende lichtbundel.
- Boor een gat van thru b-l-dikte op de bodem van de focuser sonde houder, en veilig op een schroefdraad cilindervormige magneet.
- Trek een optische vezel focuser sonde door middel van een aluminium buis en lijm de sonde aan de aluminium buis door extra snel-set epoxy rond het hoofd van de sonde en het uiteinde van de buis aluminium toe te passen. Duw het hoofd van de sonde als vooruit in de buis mogelijk, maar zorg ervoor om te vertrekken van de lens van de sonde uit de buurt van epoxy. Wacht totdat de extra fast-set epoxy is uitgehard.
- De optische focuser verbinden met de all-fiber-optica NDI/TDI interferometer31, en plaats de focuser vergadering op de houder van de doelgroep gericht naar de achterzijde-oppervlak van het doel.
- Inschakelen van de laser, in dit geval een 2W Erbium fiber laser, gekoppeld aan 0,2-0,4 W power. Vervolgens pas de positie van de sonde van de focuser met behulp van de schroeven bevestigd op de vergadering van de focuser totdat het juiste licht koppeling wordt bereikt en de verworven signaal is geoptimaliseerd.
- Stel de variabele verhouding koppelstuk zodat deze overeenkomen met de intensiteit van de referentie- en licht Doppler-verschoven totdat het signaal getoond in de oscilloscoop is geoptimaliseerd.
Opmerking: Als dwarse beweging diagnostiek nodig zijn, Raadpleeg stappen 4.5-4.6. - Zet twee ankers in de gaten op de achterkant van de houder van de POM focuser schroefdraad, en vervolgens draai de twee schroeven door de ankers totdat ze de POM raken.
- Boor een gat van thru b-l-dikte op de bodem van de focuser sonde houder, en veilig op een schroefdraad cilindervormige magneet.
- Trek een optische vezel collimator sonde door middel van een aluminium buis en lijm de sonde aan de aluminium buis door extra snel-set epoxy rond het hoofd van de sonde en het uiteinde van de buis aluminium toe te passen. Duw het hoofd van de sonde als vooruit in de buis mogelijk, maar zorg ervoor om te vertrekken van de lens van de sonde uit de buurt van epoxy. Wacht totdat de extra fast-set epoxy is uitgehard.
- Herhaal de bovenstaande stappen in 4.4 te maken van de twee parlementen en leg ze in de zaal van de gevolgen.
- Pas de standpunten en de hoeken van de ontvangende optische vezel collimator met de magneet en de twee schroeven aan de houder van de POM totdat de intensiteit van de eerste-orde eiwitkristallen balken afgemeten aan de macht-monitoren is geoptimaliseerd.
- Koppelt de macht monitor en sluit de twee ontvangende collimator op de all-fiber-optica TDI interferometer31.
5. uitvoering van hoge temperatuur omgekeerde geometrie normaal/druk-Shear plaat gevolgen experimenten
- Beveiligen van de primaire flens door aanscherping van de vier klemmen op de ingang van de kamer van de gevolgen, en sluit vervolgens de zaal met een polyesterfolie vastgebout aan een secundaire flens.
- Verhogen van de druk van de zegel te ~ 207 kPa, en sluit vervolgens het gas-wapen eind staartstuk-door aanscherping van de schroeven in de flens.
- Zet de vacuümpomp staartstuk-einde, en vervolgens op de doelgroep kamer-end vacuümpomp.
- Zorg ervoor dat er geen beweging van de sabot richting de kamer veroorzaakt door het drukverschil tussen de voorkant en de achterkant van de sabot. Wachten tot de zaal is geëvacueerd naar een druk minder dan 100 mTorr.
- Inschakelen van het meetsysteem voor laser amplitude-gebaseerde sabot effect snelheid.
- De kachel te verplaatsen naar het duidelijke standpunt en inschakelen van de kachel. Verhogen de temperatuur van de kachel met 100 ° C stappen totdat de gewenste monster temperatuur is bereikt.
- Druk uitoefenen op het afvuren dump zaal ~ 1103 kPa, en de kamer van de lading tot een gewenste niveau afhankelijk van de gekozen snelheid van invloed. Ook veilig de sabot catcher in de zaal van de gevolgen.
- Uitschakelen van de kachel en onmiddellijk omhoog de kachel omhoog naar de kachel-well. Registreren van de temperatuur met de sabot thermokoppel aan de oppervlakte van het monster op de temperatuur gemeten van diagnostische monitor wordt weergegeven.
- Onmiddellijk open de klep van de zegel en release de vuren dump kamer eenmaal de zegel drukval tot nul.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Een 82,5 mm boring, 6 m lengte, single-fase gas pistool op CWRU staat voor versnelde 0.8 kg projectielen met snelheden tot 700 m/s in de huidige experimenten werd gebruikt. Figuur 5 toont een foto van de gemodificeerde gas-pistool faciliteit op CWRU. Voorafgaand aan de ontploffing, is de aangepaste ontworpen sabot gehuisvest in de kachel extensie stuk, in Figuur 6afgebeelde. De extensie stuk draagt een verticale kachel-well waardoor een resistieve spoel kachel te verplaatsen in en uit het pad van de sabot. Deze kachel spoel maakt het mogelijk de flyer plaat aan de voorzijde van de sabot te verwarmen via gratis straling onder vacuüm om de gewenste beproevingstemperatuur gehouden. De sabot is aangepaste ontworpen om het dragen van de verwarmde flyer plaat terwijl beperkende warmtestroom van de flyer-plaat in het lichaam van de sabot, dus verzachtende het risico voor de inbeslagname van de sabot vanwege de mogelijke thermische uitzetting van het lichaam sabot. Het aangepaste sabot ontwerp is schematisch weergegeven in Figuur 7. De sleutel tot het ontwerp is de keramische isolator buis, gemaakt van volledig ontslagen aluminiumoxide silicaat, gekozen voor zijn lage thermische geleidbaarheid, lage thermische uitzettingscoëfficiënt en uitstekende veerkracht in vergelijking met andere verkrijgbare verspaanbare keramiek. Zodra de gewenste test-temperatuur is bereikt, is het hoofd van de kachel handmatig verplaatst uit het pad van het projectiel en gehuisvest in de kachel-well. Vlak voor het afvuren van de gas pistool, wordt de temperatuur van het monster geregistreerd via een sonde van de thermokoppel gekoppeld aan de voorzijde van de flyer plaat. Voor dit bijzondere experiment, de snelheid van het projectiel is ongeveer 100 m/s, bovendien, uitgaande van constante versnelling, duurt iets meer dan een tiende van een seconde voor het projectiel om het streefcijfer, waardoor, de temperatuur opgenomen vlak voor bakken verondersteld om een goede schatting voor de eerste steekproef temperatuur bij de botsing. Vervolgens wordt het afvuren-protocol uitgevoerd. Wanneer de druk van de zegel in de stuitligging bereikt de atmosferische druk en de druk afvuren is gedumpt in de dump afvuren kamer, de zuiger handhaven een afdichting tussen het laden kamer en pistool vat naar achteren wordt verplaatst. Dit zorgt voor hoge druk gas te snel naar buiten stromen uit de stuitligging lanceren de sabot. De sabot reist langs de lange zijde van het pistool-vat en is gemaakt om te beïnvloeden met de stationaire doel plaat bij de kamer van de gevolgen.
De aangepaste ontworpen sabot maakt het mogelijk de flyer-plaat ofwel normale ofwel geneigd is met betrekking tot de as van beweging. Figuur 8 en 9 van de figuur schematisch de omgekeerde normaal, en schuine plaat tonen effect configuraties, respectievelijk; echter wordt alleen de reverse normale plaat gevolgen configuratie beschreven in het huidige manuscript. Figuur 10 ziet u een foto van een typische doelgroep houder vergadering gebruikt in deze experimenten. De roterende vrijheidsgraden in staat stellen nauwkeurige uitlijning van de doel-plaat aan de flyer plaat. Uitlijning wordt uitgevoerd met behulp van een precisie machinaal prisma in combinatie met een autocollimator, zoals schematisch weergegeven in Figuur 11. Tijdens de uitlijning weerspiegelen de parallelle balken uit de autocollimator van het oppervlak van het prisma, doel en flyer plaat; een derde lichtstraal weerkaatst de binnenkant van het prisma. De teruggekaatste stralen blijven parallel dan en slechts dan als de flyer en doel plaat oppervlakken zijn parallel aan elkaar en loodrecht op het achterste oppervlak van het prisma. De parallelle balken van in-komst zal vervolgens convergeren naar een enkel beeld op de dradenkruis vorm van de autocollimator die aangeeft dat de oppervlakken worden uitgelijnd.
Voor de omgekeerde normale plaat effect regeling, op effect, worden gewone stress gegenereerd op de flyer/target-interface die reizen door de ruimtelijke dimensies van de platen als een longitudinale stress Golf met een vlak evenwijdig aan het botsingsvlak (op voorwaarde dat de vlakheid, en parallellisme toleranties is voldaan). Op effect komen de spanning-vooringenomen pinnen in contact met de plaat van de metalen flyer gedragen door de sabot, creëren van een pad op grond. De signalen van de kortgesloten pins worden gecontroleerd via de tilt overname circuit, gedigitaliseerd, en vervolgens opgeslagen door middel van een oscilloscoop. Deze signalen bieden kwantitatieve informatie over de maximale tilt op effect, evenals, de tilt vliegtuig en bovendien bevatten een puls van de trigger voor de oscilloscoop om te beginnen opnemen signalen van de normale beweging diagnostiek. In de huidige studie, een in-huis-gebouwde alle glasvezel gebaseerd gecombineerd normale en transversale verplaatsing interferometer gebruikt voor het bewaken van de vrije oppervlakte motie van het doel (Figuur 12). Afbeelding 13 toont de onbewerkte gegevens opgenomen tijdens een succesvolle omgekeerde geometrie normale plaat effect experiment. De gegevens in dit perceel zodat de gebruiker om te bevestigen dat het protocol hierboven correct is uitgevoerd. Weergegeven in het rood is het signaal verstrekt door het tilt overname circuit. Voor dit experiment, het verschil in tijd tussen de kortsluiting van de eerste en laatste spanning bevooroordeeld pinnen is ongeveer 180 ns, waarmee wordt aangegeven dat de afstand tussen de eerste en de laatste aanspreekpunt tijdens botsing was ongeveer 18 µm (gezien het feit dat het projectiel reisde op 100 m/s), zodat de maximale helling bij de botsing te meten over de 34.5 mm bout-cirkel was ongeveer 0.52 mrad. Als het protocol van de uitlijning niet op bevredigende wijze is uitgevoerd, een veel grotere tilt tijd zou worden waargenomen, en een groter is dan een paar mrad kon het convolute van de schokgolf profiel tilt-niveau gemeten aan de vrije oppervlakte. Een andere indicatie van een succesvolle experiment is het verschil in tijd tussen de eerste kortgesloten pin en de komst van de longitudinale golf op het vrije oppervlak van de plaat van de doelgroep. De stress Golf gegenereerd op impact reizen met een constante snelheid, mits de doelgroep plaat elastisch blijft. Voor de legering staaf gebruikt in deze studie, de snelheid van de longitudinale golf is ongeveer 5820 m/s, dus weten de dikte van de doelgroep, 7 mm, suggereert dat de longitudinale golf ongeveer 1.2 µs moet aankomen na botsing. In Figuur 13, wordt de komst van de stress van de longitudinale golf gekenmerkt door een snelle beat frequentie en amplitude variatie van het signaal verkregen uit de normale beweging diagnostiek. Een verlate aankomst van de stress van de longitudinale golf kan wijzen op een grote tilt, inelasticity van de target plaat of oneigenlijk doel vergadering voorbereiding.
Figuur 14 toont de schematische voorstelling van de stress versus deeltje snelheid diagram voor een algemene normale schok compressie plaat-impact experiment waarin zowel de voorverwarmde flyer en de doel-plaat elastisch-plastische vervorming bij de botsing kunnen ondergaan. De loci van alle staten van de snelheid van de stress/deeltje voor de doel-plaat onder eenassige stam wordt vertegenwoordigd door de zwarte curve loopt door de oorsprong, terwijl de loci van alle staten van de snelheid van de stress/deeltje voor de flyer wordt vertegenwoordigd door de zwarte curve doorsnede van de particle snelheid as op het projectiel snelheid. De rode curve voor het snijden van de particle snelheid as op het projectiel snelheid is bedoeld ter illustratie van het mogelijke effect van temperatuur op de locus van Staten voor het monster. Stoten tegen een monster van de kamertemperatuur, op het raakvlak van monster/target verplaatst de doel-plaat vanuit een niet-geladen staat (1), naar een geladen toestand (3), na het streepje-stip (lijn Raleigh) met een helling die gelijk is aan de impedantie van de lengterichting van de plaat doelgroep materiaal op staat (3), terwijl de monster plaat vanuit een gelost staat (2) naar een geladen staat (3) beweegt, volgt op de regel van Raleigh met een helling die gelijk is aan het longitudinale impedantie van het monster bij staat (3). De kruising tussen deze twee lijnen onthullen de maximale stress en snelheid Staten haalbaar door impedantieaanpassing tijdens dit experiment op het raakvlak van monster/target. Bovendien, de stress/deeltje snelheid-Staten op het gevolg dat de snelheid van het deeltje op het vrije oppervlak van het doel bepaalt in de interface van het monster/target plaat, dit weergegeven als staat (4). Effect tegen een monster met een lagere longitudinale akoestische impedantie, zou resulteren in een verandering in haalbare Staten op het raakvlak van de monster/target van (3) tot en met 5, en dus op het vrije oppervlak van de doelstelling van (4) tot en met 6, aldus, hieruit blijkt hoe kleine wijzigingen in de lengterichting akoestische impedantie van het monster zijn aantoonbaar door controle van de snelheid van de deeltjes op het vrije oppervlak van de plaat van de doelgroep.
Opmerking, dat deeltje snelheid op het vrije oppervlak van doel ten minste tweemaal dat van de snelheid van de deeltjes op de monster/target-interface is, maar deze factor als functie van de snelheid van golfvoortplanting kunststof, dus de stress staat op het monster verandert / doel interface is geschat aan de hand van7
waar 
wordt een tijdsinterval van discritzed voorgesteld als 
, waar h is de inverse van de bemonsteringsfrequentie van de oscilloscoop (2.5 x 10 10/s), 
waar L is de dikte van de plaat van de doelgroep en 
is een gemiddelde stress afhankelijk snelheid van kunststof propagatie in de target-plaat gemeten aan de vrije oppervlakte op moment . 
, en 
zijn respectievelijk de dichtheid en elastische longitudinale golf-snelheid van de doel-plaat en 
is de snelheid gemeten deeltje op het vrije oppervlak van de plaat van de doelgroep. Bovendien, uit de gemeten oppervlakte gratis particle kan snelheid die overeenkomt met het plateau van snelheid (staat (3)), de longitudinale akoestische impedantie van de flyer (voorbeeld) worden geschat met behulp32
Figuur 15 toont de vrije-oppervlakte deeltje snelheid trace verkregen uit de normale beweging diagnostiek. Deze tracering manifesteert in eerste instantie een relatief sterke stijging van de snelheid aan de dynamiek van het effect, gevolgd door een plateau ten gevolge van een impedantie-wedstrijd tussen de flyer en doel platen die is opgelopen tot en met de duur van het experiment gerelateerde. De opkomst van de beginsnelheid rechtstreeks betrekking hebben op de dynamische kracht en beginnende kunststof stroom van de doel-plaatmateriaal, overwegende dat de snelheid op het plateau van de schok is gerelateerd aan de impedantie-wedstrijd tussen de doel en flyer platen. De figuur toont duidelijk geleidelijk afnemende deeltje snelheden op de Golf-front en deeltje plateau van snelheid als functie van de verhoging van de temperatuur, suggereren mogelijk thermisch verzachten en/of monotoon afnemende longitudinale impedantie van het monstermateriaal met temperatuur.
Een interessanter resultaat te zien in Figuur 16, die toont die de normale vrije oppervlakte deeltje snelheid trace verkregen omkeren geometrie normale plaat gevolgen experimenten uitgevoerd op commerciële zuiverheid polykristallijne magnesium. Evenzo, Figuur 15, Figuur 16(a) toont monotoon afnemende deeltje snelheden op het plateau van de schok met stijgende temperaturen in het bereik van 23-610 ˚C, echter bij temperaturen boven dit niveau (dat wil zeggen, 617, 630 ˚C), een omkering van deze trend duidelijk waarneembaar. Deze toename van de snelheid van het deeltje suggereert een verhoging van de impedantie van de schok van het monstermateriaal, bovendien, ervan uitgaande dat de elastische constanten van het materiaal als een functie afnemen van de verhoging van de temperatuur, dan een verhoging van de impedantie van de schok, in dit geval, stelt een verhoging van de vloeispanning en/of kunststof modulus van het monstermateriaal. Zorgvuldig kijken naar Figuur 16(b) het kan worden gezien dat de toename van de snelheid van de deeltjes op het plateau van de schok is vergezeld van een toename van de snelheid partikelgehalte gedurende de eerste stijging van het deeltje snelheid spoor, die correleert met de stress niveaus op het raakvlak van de monster/target tijdens de beginnende plasticiteit van het monstermateriaal. Figuur 17 toont microfoto van dwarsdoorsneden van het botsingsvlak van post proefstukken. De afbeeldingen tonen twee merkbare effecten op de microstructuur als gevolg van de verhoging van de temperatuur. Ten eerste, de afbeeldingen tonen graan rijpen met toenemende temperatuur van de steekproef, die wordt verwacht. De afbeeldingen tonen echter ook een verandering in twin band formaties, die zich manifesteren als tabelvorm functies of lijnen met een eindige breedte die korrels doorsnijden. Zorgvuldig kijken naar de beelden die overeenkomt met temperaturen variërend van 23 – 500 ˚C, een duidelijke vermindering in twin banden worden waargenomen met de toenemende temperatuur. Echter, bij hogere temperaturen (d.w.z., 610, 617, 630 ˚C) een re-opkomst van deze dubbele banden worden waargenomen, hetgeen suggereert dat dubbele band vorming is favoriet bij de laatste-einde van deze temperatuurbereik. Aangezien plastische vervorming in magnesium is ondergebracht door concurrerende mechanismen van twin band formaties en slip, is het aannemelijk dat de favoriete twin band vorming waargenomen bij de hoogste temperatuur testcase suggereert dat slip is moeilijker geworden onder deze omstandigheden.
Figuur 1: schematische van een typische flyer plaat- en het doeldomein plaat vergadering. In deze afbeelding ziet u een eenvoudige schematische van de flyer en doel plaat samenstellen in een huidige experimentele configuratie gebruikt. Een diepgaande protocol voor het voorbereiden van de volgende onderdelen worden gedetailleerd beschreven in stappen 1.1-1,7. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2: foto van de meetmethode vlakheid. Deze figuur toont de meting van de vlakheid op de platen door het plaatsen van een optische plat op het oppervlak van belang onder een groene monochromatisch licht. Vlakheid kan worden gekwantificeerd (een) door het observeren van de kromming van de lichte bands op het oppervlak van het monster, of (b) door het tellen van het aantal banden over de diameter. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3: foto van een flat beveiligen tuig. Deze afbeelding ziet u de doel-plaat en de ring van aluminium zijn bevestigd aan een plat staal podium met drie schroeven die worden voorzichtig met de hand aangescherpt zodat de toegepaste druk op het doel en de ring voorkomen dat de epoxy lekt. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4: foto van de componenten in het ontwerp van de sabot. Deze afbeelding ziet u de onderdelen van het samenstel van aangepaste hittebestendig sabot. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 5: Gas-pistool faciliteit bij CWRU. Deze afbeelding ziet u een foto van de ééntraps gas-pistool faciliteit in Case Western Reserve University. In het rood weergegeven is de aangepaste ontworpen verwarmingssysteem welke stuurlieden met de bestaande pistool-vat, en hiermee gewenst temperatuur te worden meegedeeld aan de sabot. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 6: schematische van het verwarmingssysteem. Deze afbeelding ziet u een schematische voorstelling van het verwarmingssysteem gekoppeld aan de hogedruk ééntraps gas-gun stuitligging. Het aangepaste uitbreiding stuk bevat een kachel-well die een resistieve kachel spoel gehouden op een stam met axiale en roterende vrijheidsgraden herbergt. Deze spoel in lijn met het projectiel kunt verplaatsen en warmte dunne metalen exemplaren gehouden aan de voorzijde van de sabot aan temperaturen boven 1000 ° C, vóór het bakken. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 7: schematische van de hittebestendige sabot. Deze afbeelding ziet u een schematische voorstelling van de sabot gebruikt in huidige experimentele configuratie. De aluminiumoxide silicaat buis helpt verzachten warmtestroom van het verwarmde dunne metalen model naar het lichaam van de sabot, dus het minimaliseren van het risico van inbeslagneming van de sabot binnen de pistool-vat als gevolg van mogelijke thermische uitzetting van het lichaam sabot. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 8: schematische van de hoge temperatuur omgekeerde configuratie normale plaat effect experiment. De uitvoering van de verwarmde flyer plaat sabot is aangedreven vaststelling van het geweer vat en gemaakt te botsen met de vergadering van de doelgroep. Op impact, pinnen klotste flush met de doel-plaat bieden trigger puls en kantelen diagnostiek, terwijl de vrije oppervlakte motie van de doel-plaat wordt gecontroleerd via aangepaste gebouwde PDV. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 9: schematische van de typische symmetrische schuine plaat effect experiment. In deze configuratie is een flyer plaat geneigd met betrekking tot de as van beweging, die na effect zowel normale als transversale componenten van de beweging met betrekking tot de normale van het botsingsvlak biedt. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 10: foto van een typische doelgroep houder vergadering. Deze figuur toont de typische doelgroep houder vergadering gebruikt voor een normale of schuine plaat gevolgen experimenten. De doel-vergadering zien in het center is aangesloten aan de houder van de doelgroep via POM pinnen en aantal vrijheidsgraden van rotatie in staat stellen nauwkeurige uitlijning worden gemaakt. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 11: prisma uitlijning regeling. Deze afbeelding ziet u een illustratie van de regeling van de uitlijning voor de flyer en doel platen met behulp van een rechte hoek prisma van hoge precisie in combinatie met een autocollimator. Parallelle balken (afgebeeld in het rood) uit de autocollimator weerspiegelen vandoor naar de oppervlakte van het prisma, doel en flyer plaat, weerspiegelt een derde lichtbundel van de binnenkant van het prisma. De teruggekaatste stralen (getoond in zwart) handhaven parallellisme, gezien het feit dat de flyer en doel plaat oppervlakken parallel aan elkaar, en loodrecht op het achterste oppervlak van het prisma zijn. De parallelle balken van in-komst convergeren naar een enkele afbeelding op de dradenkruis vorm van de autocollimator. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 12: schematische voorstelling van de gewoonte alle glasvezel-gebaseerd gecombineerd interferometer met normale normale- en dwarswapening wegklapsysteem. Deze configuratie maakt gebruik van een gemodificeerde PDV, weergegeven in blauwe, zowel de normale beweging van de doel-plaat controleren, en verlichten van een holografische raspen op het vrije oppervlak van de doelgroep, het maken van meerdere order eiwitkristallen balken. Deze balken (meestal eerste orde) kunnen gekoppeld terug in de vezels en gecombineerd om te verslaan frequentie varianten evenredig aan de dwarse beweging van de doel-plaat maken, dit wordt weergegeven in rood. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 13: experiment van de invloed van de onbewerkte gegevens van een typische normale plaat. Deze figuur toont het opgenomen signaal verkregen tijdens een typische omgekeerde geometrie experiment voor de gevolgen van de normale plaat. Komt te staan in het rood is het signaal verkregen de kortgesloten spanning-vooringenomen pinnen aangesloten op de aluminium ring tijdens botsing. Het verschil in tijd tussen de eerste en laatste kortgesloten pin geven een schatting van de maximale tilt bij de botsing en de volgorde waarvan de pinnen zijn kortgesloten inschakelen schattingen met betrekking tot het tilt vlak worden gemaakt. Getoond in het zwart wordt het signaal verkregen uit onze normale beweging diagnostiek, zijn hier de beat frequentie variaties gerelateerd aan de normale beweging van het vrije oppervlak van de plaat van de doelgroep. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 14: Stress versus deeltje snelheid diagram voor een omgekeerde configuratie experiment voor de gevolgen van de normale plaat. Deze afbeelding laat de stress versus deeltje snelheid diagram voor een verhoogde temperatuur omgekeerde geometrie normale plaat effect experiment. De curve gecentreerd op de oorsprong details de locus van alle stress valt bestuurlijk haalbaar is voor de isotrope doel plaat, overwegende dat de curve van oorsprong V0 Details de locus van alle voor het monstermateriaal bij kamertemperatuur, bovendien, de rode curve Staten doorsnede Vo is bedoeld om te laten zien van de mogelijke gevolgen van de stijgende temperaturen. Bij stoten tegen een monster van de kamertemperatuur, de doel-plaat wordt verplaatst van een un-geladen staat (1) naar een geladen toestand (3), terwijl, als effect wordt gemaakt tegen een voorverwarmde steekproef, het doelwit uit staat (1) aan staat (5), bijgevolg verplaatsen zal, verschuift het vrije oppervlak deeltje snelheid Staten van (4) tot (6). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 15: normale vrije oppervlakte snelheid record voor de huidige experimentele configuratie. Deze figuur toont het vrije oppervlak deeltje snelheid trace verkregen uit de normale beweging diagnostiek. Deze tracering manifesteert in eerste instantie een relatief sterke stijging van de snelheid aan de dynamiek van het effect, gevolgd door een plateau ten gevolge van een impedantie-wedstrijd tussen de flyer en doel platen die is opgelopen tot en met de duur van het experiment gerelateerde. De opkomst van de beginsnelheid rechtstreeks verband houdt met de stress in het monster Al bij de flyer/target-interface als de schok evolueert, overwegende dat de snelheid op het plateau van de schok is gerelateerd aan de impedantie match tussen het doel en de flyer platen. Overall, de shows van de plot minderen deeltje snelheden, met stijgende temperaturen, en dit suggereert mogelijke thermische versoepeling van het monstermateriaal onder de huidige omstandigheden van de laden. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 16. Normale vrije oppervlakte deeltje snelheid trace verkregen uit experimenten op commerciële zuiverheid polykristallijne magnesium. (a) toont monotoon minderen deeltje snelheden op het plateau van de schok voor temperaturen variërend van kamer tot 610 ˚C, maar bij hogere temperaturen (617, 630 ˚C), de trend wordt omgekeerd. (b) blijkt dat deze toename van de snelheid van het deeltje ook herkenbaar in de eerste opkomst van het deeltje snelheid spoor. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 17. Microscale beelden van een dwarsdoorsnede van het posttraumatische testen specimens. De afbeeldingen tonen twee merkbare effecten op de microstructuur van het monster als gevolg van de verhoging van de temperatuur. Ten eerste, de beelden tonen graan rijpen met verhoging van de temperatuur van het monster, maar interessanter is de verandering in de twin band formaties, die zich manifesteren als tabelvorm functies of lijnen met eindige breedte die korrels doorsnijden. Voor temperaturen variërend van 23 – 500 ˚C, een afname van de twin band vorming kunnen worden waargenomen, echter, als de temperaturen worden verhoogd voorbij dit punt (dat wil zeggen, 610, 617, 630 ˚C) een re-opkomst van twin bands duidelijk in acht worden genomen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De methode en het protocol hierboven gedetailleerd de procedure voor het correct uitvoeren van een omgekeerde geometrie normale plaat effect experiment bij verhoogde temperaturen. In deze benadering maken we aangepaste wijzigingen aan het pistool vat aan het einde van de hoge druk (stuitligging) van de bestaande gas pistool aan de Case Western Reserve University, naar het huis van een spoel resistieve kachel met axiale en roterende vrijheidsgraden. De resistieve kachel spoel systeem kunt dunne aluminium exemplaren, gehouden op de front-end van een kachel resistente sabot, smeltende temperaturen (boven de 640 ° C), in de buurt worden verwarmd vóór vuren. Met behulp van de kachel huisvesting aanpassing in combinatie met een hittebestendige sabot, werden verhoogde temperatuur plaat gevolgen experimenten uitgevoerd zonder de behoefte aan speciale experimentele overwegingen, die kenmerkend zijn bij gebruik van de conventionele aanpak, zoals , de behoefte aan externe kantelen aanpassing met real-time feedback voor het handhaven van parallellisme van de doelgroep en flyer platen tijdens het verhittingsproces. Over het algemeen vermindert de nieuwe aanpak aanzienlijk het aantal stappen in de sectie protocol, in vergelijking met de conventionele aanpak.
In de sectie van de experimentele protocol, detailleren wij de stappen die nodig zijn voor: 1) monster- en het doeldomein materiële voorbereiding, waar de flyer en doel platen zijn zorgvuldig gefreesd, likte en gepolijst, om binnen de toleranties van parallellisme en vlakheid noodzakelijk zijn voor de generatie van vlakke golven met een front voldoende evenwijdig aan het botsingsvlak; 2) vergadering van aangepaste hittebestendig sabot kan behalen een verwarmde monster plaat, terwijl de beperkende warmtestroom in het lichaam van de sabot, en aan het pistool vat. Daarnaast herbergt de sabot een sleutel, die past in de bestaande sleutel-manier in het geweer vat om te voorkomen dat de rotatie van de gehele sabot vergadering tijdens haar reizen langs de lange zijde van het pistool-vat. Tot slot, in stappen 3-5 we detail het protocol voor het uitlijnen van de monster- en het doeldomein platen voorafgaand aan de experimenten, Verwarming van de flyer plaat (steekproef) en de uitvoering van de experimenten. In de volgende sectie toonden we hoe de juistheid van het protocol kan worden gecontroleerd van de ruwe gegevens in Figuur 1. Tot slot presenteren we resultaten van succesvolle verhoogde temperatuur normale plaat gevolgen experimenten, die het mogelijk de metingen van de Staten van de snelheid van de stress/deeltje tijdens de monster/target-interface, evenals de temperatuur afhankelijke longitudinale akoestische maken impedantie van het monstermateriaal.
In de nabije toekomst, met de nodige aanpassingen aan het ontwerp van de sabot, deze methode zal naar verwachting nog hogere temperatuur plaat gevolgen experimenten, waardoor het gebruik ervan in het sonderen van dynamische materiaalgedrag van hogere smeltpunt materialen bij in de buurt van inschakelen temperaturen smelten. Gezien de veelzijdigheid van deze aanpak, worden diverse verschillende experimentele configuraties gebruikt voor het bestuderen van dynamische materiaalgedrag lineaire. Bijvoorbeeld, snelheden verhoogde temperatuur omgekeerde geometrie plaat gevolgen experimenten naar behoren kunnen worden ontworpen om het maken van de metingen van de schokgolf in metalen op het verhogen van de temperatuur, terwijl druk-shear plaat gevolgen experimenten kunnen worden uitgevoerd om te evalueren dynamische inelasticity grote stammen en ultra-hoge schuintrekken tarieven.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
De auteurs wil erkennen van financiële steun van het Amerikaanse ministerie van energie door middel van het rentmeesterschap wetenschap academische Alliantie DOE/NNSA (DE-NA0001989 en DE-NA0002919) bij het uitvoeren van dit onderzoek. Tot slot wil de auteurs Los Alamos National Lab bedanken voor hun samenwerking ter ondersteuning van die inspanningen in de huidige en toekomstige onderzoeken.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 99.999% commercial purity polycrystalline aluminum | Goodfellow | AL007970 | Material for flyer plate (sample) |
| H13 tool steel | Fabrication Center of CWRU | N/A | Material for the sample holder |
| Solution treat & age Inconel 718 alloy | High Temp Metals | N/A | (1.005/1.015)" Dia x 24", Material for target plate |
| Photoresist S1805 | MicroChem | N/A | Material of the photoresist for holographic grating |
| Developer CD-26 | MicroChem | N/A | Developer to the photoresist for holographic grating |
| Aluminum 6063 tube | McMaster-Carr | 4568T19 | Material for the ring in target assembly |
| Black Delrin (R) Acetal Resin Rod (4-1/2" Dia.) | McMaster-Carr | 8576K81 | Material for the Delrin holder in target assembly |
| White Delrin (R) Acetal Resin Rod (1/4" Dia.) | McMaster-Carr | 8572K51 | Material for the Delrin pins in target assembly |
| Aluminum 6061 tube | McMaster-Carr | 9056K24 | Material for the body in projectile assembly |
| Aluminum 6061 rod | McMaster-Carr | 8974K88 | Material for the cap in projectile assembly |
| Teflon sheet | McMaster-Carr | 8711K98 | Material for the key |
| LAVA-FF - Alumina Silicate disc | Technical Products | CWR-033116-1 | |
| LAVA-FF - Alumina Silicate tube | Technical Products | ALR11515 | |
| Alumina Pan Slotted Head Bolt | Ceramco | A83200PANSLT0.500 | |
| 409 N70 Buna-N O-ring | The O-ring Store | B70409 | |
| Loctite Hysol 9412 adhesive | Loctite | 83107 | |
| High Temperature Cements | OMEGA Engineering | OB-300 | |
| Extra fast-set epoxy | Ellsworth | 4001 | |
| Mylar sheet | McMaster-Carr | 8567K94 |
References
- Davies, R. M. A critical study of the Hopkinson pressure bar. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 240, 375-457 (1948).
- Kolsky, H. An investigation of the mechanical properties of materials at very high rates of loading. Proceedings of the Physical Society. Section B. 62, 676 (1949).
- Gilat, A., Cheng, C. -S. Torsional split Hopkinson bar tests at strain rates above 104s− 1. Experimental Mechanics. 40, 54-59 (2000).
- Harding, J., Wood, E., Campbell, J. Tensile testing of materials at impact rates of strain. Journal of Mechanical Engineering Science. 2, 88-96 (1960).
- Clifton, R. J., Klopp, R. W. Pressure-shear plate impact testing. Metals handbook. 8, 230-239 (1985).
- Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. Mechanical Response of 99.999% Purity Aluminum Under Dynamic Uniaxial Strain and Near Melting Temperatures. International Journal of Impact Engineering. 113, 180-190 (2017).
- Wang, T., Zuanetti, B., Prakash, V. Shock Response of Commercial Purity Polycrystalline Magnesium Under Uniaxial Strain at Elevated Temperatures. Journal of Dynamic Behavior of Materials. 3, 497-509 (2017).
- Dike, S., Wang, T., Zuanetti, B., Prakash, V. Dynamic Uniaxial Compression of HSLA-65 Steel at Elevated Temperatures. Journal of Dynamic Behavior of Materials. 3, 510-525 (2017).
- Okada, M., Liou, N. -S., Prakash, V., Miyoshi, K. Tribology of high speed metal-on-metal sliding at near-melt and fully-melt interfacial temperatures. Wear. 249, 672-686 (2001).
- Prakash, V., Clifton, R. J. Fracture Mechanics: Twenty Second Symposium (vol. 1). , Astm Special Technical Publication. (1992).
- Prakash, V., Mehta, N. Uniaxial Compression and Combined Compression-and-Shear Response of Amorphous Polycarbonate at High Loading Rates. Polymer Engineering and Science. 52, 1217-1231 (2012).
- Lee, Y., Prakash, V. Dynamic fracture toughness versus crack-tip speed relationship at lower than room temperature for high strength 4340VAR structural steels. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 46, 1943-1967 (1998).
- Lee, Y., Prakash, V. Dynamic brittle fracture of high strength structural steels under conditions of plane strain. International Journal of Solids and Structures. 36, 3293-3337 (1999).
- Yuan, F., Prakash, V., Lewandowski, J. J. Shear yield and flow behavior of a Zirconium-based bulk metallic glass. Mechanics of Materials. 42, 248-255 (2010).
- Shazly, M., Prakash, V., Draper, S. Mechanical behavior of Gamma-Met PX under uniaxial loading at elevated temperatures and high strain rates. International Journal of Solids and Structures. 41, 6485-6503 (2004).
- Klopp, R., Clifton, R., Shawki, T. Pressure-shear impact and the dynamic viscoplastic response of metals. Mechanics of Materials. 4, 375-385 (1985).
- Arvidsson, T. E., Gupta, Y., Duvall, G. E. Precursor decay in 1060 aluminum. Journal of Applied Physics. 46, 4474-4478 (1975).
- Gilat, A., Clifton, R. Pressure-shear waves in 6061-T6 aluminum and alpha-titanium. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 33, 263-284 (1985).
- Barker, L., Hollenbach, R. Shock wave study of the α⇄ε phase transition in iron. Journal of Applied Physics. 45, 4872-4887 (1974).
- Shazly, M., Prakash, V. Shock response of a gamma titanium aluminide. Journal of Applied Physics. 104, 083513 (2008).
- Yuan, F., Prakash, V., Lewandowski, J. J. Spall strength and Hugoniot elastic limit of a Zirconium-based bulk metallic glass under planar shock compression. Journal of Materials Research. 22, 402-411 (2007).
- Yuan, F. P., Prakash, V., Lewandowski, J. J. Spall strength of a zirconium-based bulk metallic glass under shock-induced compress ion-and-shear loading. Mechanics of Materials. 41, 886-897 (2009).
- Prakash, V. A pressure-shear plate impact experiment for investigating transient friction. Experimental Mechanics. 35, 329-336 (1995).
- Kumar, P., Clifton, R. Optical alignment of impact faces for plate impact experiments. Journal of Applied Physics. 48, 1366-1367 (1977).
- Prakash, V. Time-resolved friction with applications to high speed machining: experimental observations. Tribology Transactions. 41, 189-198 (1998).
- Frutschy, K., Clifton, R. High-temperature pressure-shear plate impact experiments using pure tungsten carbide impactors. Experimental mechanics. 38, 116-125 (1998).
- Frutschy, K., Clifton, R. High-temperature pressure-shear plate impact experiments on OFHC copper. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 46, 1723-1744 (1998).
- Zaretsky, E., Kanel, G. I. Effect of temperature, strain, and strain rate on the flow stress of aluminum under shock-wave compression. Journal of Applied Physics. 112, 073504 (2012).
- Grunschel, S. E. Pressure-shear plate impact experiments on high-purity aluminum at temperatures approaching melt. , Brown University. (2009).
- Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. A Novel Approach for Plate Impact Experiments to Determine the Dynamic Behavior of Materials Under Extreme Conditions. Journal of Dynamic Behavior of Materials. 3, 64-75 (2017).
- Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. A compact fiber optics-based heterodyne combined normal and transverse displacement interferometer. Review of Scientific Instruments. 88, 033108 (2017).
- Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. Mechanical response of 99.999% purity aluminum under dynamic uniaxial strain and near melting temperatures. International Journal of Impact Engineering. 113, 180-190 (2018).
- Duffy, T. S., Ahrens, T. J. Compressional sound velocity, equation of state, and constitutive response of shock-compressed magnesium oxide. Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 100, 529-542 (1995).
- Tan, Y., et al. Hugoniot and sound velocity measurements of bismuth in the range of 11-70 GPa. Journal of Applied Physics. 113, 093509 (2013).
