Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

ניצוח גבוהות בטמפרטורה רגילה, בשילוב לחץ-הטיה צלחת ההשפעה ניסויים באמצעות מערכת החימום Sabot עכוז-end

Published: August 7, 2018 doi: 10.3791/57232
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Case Western Reserve University

Summary

כאן, אנו מציגים פרוטוקול מפורט של גישה חדשה עבור ניצוח השפעה הפוכה צלחת רגילה טמפ גבוהות, ההשפעה בשילוב לוחית לחץ-הטיה. הגישה כרוכה בשימוש של תנור סליל resistive עכוז-end לחמם מדגם שהתקיים החזיתי של sabot עמידים בחום עד לטמפרטורה הרצויה.

Abstract

מוצגת גישה מוזרה עבור ניסויים לחץ נורמלי ו/או משולב-הטיה צלחת ההשפעה בטמפרטורות הבדיקה עד 1000 ° C. השיטה מאפשרת ניסויים צלחת-השפעת טמפרטורה גבוהות לכיוון חיטוט התנהגות דינמית של חומרים תחת thermomechanical קיצוניים, בעודם מקלים מספר מיוחד ניסיוני לאתגרים העומדים בפני תוך כדי ביצוע ניסויים דומים באמצעות גישה ההשפעה צלחת קונבנציונלי. עיבודים מותאמות אישית שנעשו עכוז-סוף יחיד בשלב יורה כדורי סרק-אוניברסיטת קייס ווסטרן ריזרב; עיבודים אלה כוללים חלק במכונה-דיוק הרחבה עשוי פלדה SAE 4340, אשר נועד אסטרטגית להזדווג החבית-הרובה הקיימת תוך מתן רגישות גבוהה להתאים נשא ו- keyway. היצירה סיומת מכיל אנכי גלילי מחמם-באר, אשר הבתים אסיפה מחמם. התנגדות סליל חימום-ראש, מסוגלת להגיע לטמפרטורות של עד 1200 ° C, מצורף גזע אנכי עם מפוח/המסתובבת דרגות חופש; פעולה זו מאפשרת דגימות מתכת דק שהתקיים החזיתי של sabot עמידים בחום להיות מחומם בצורה אחידה על פני הקוטר לטמפרטורות המבחן הרצוי. על ידי חימום את הצלחת המעופפת (במקרה זה, לדוגמה) בסוף עכוז--קנה במקום בקצה היעד, באפשרותך תמנע מספר אתגרים ניסיוני קריטי. אלה כוללים: 1) שינויים קשות היישור של המטרה צלחת במהלך חימום בעקבות ההתרחבות תרמי המרכיבים מספר של ההרכבה מחזיק היעד; 2) אתגרים שעולים האלמנטים האבחון, (כלומר., פולימר מיכסים הולוגרפי, וזונדים אופטי) להיות קרוב מדי לאסיפה היעד מחוממת; 3) אתגרים הנובעים עבור היעד לוחות עם חלון אופטי, איפה טולרנסים מכריע בין המדגם, שנתחבר שכבה, וחלון הופכים יותר ויותר קשה לשמור בטמפרטורות גבוהות; 4) במקרה של בשילוב דחיסה-הטיה צלחת ההשפעה ניסויים, הצורך עמיד בטמפרטורות גבוהות מיכסים עקיפה לשקילת רוחבי של חלקיקים מהירות על פני השטח חינם של היעד; ו- 5) מגבלות המוטלות על מהירות פגיעה צורך פרשנות ברורה וחד משמעית של נמדד המהירות השטח חינם נגד הזמן פרופיל עקב תרמית ריכוך, ואולי מניב הלוחיות היעד התוחמת. על ידי ניצול של עיבודים שהוזכרו לעיל, אנו מציגים תוצאות מתוך סדרה של הגיאומטריה הפוכה צלחת רגילה ההשפעה ניסויים על טוהר מסחרי אלומיניום במגוון טמפרטורות הדגימה. אלה ניסויים הצג הפחתת מהירויות חלקיקים בתוך המדינה מיותרות, אשר מעידים על חומר ריכוך (ירידה בלחץ התשואה שלאחר זרימה) עם הגדלת דוגמת הטמפרטורות.

Introduction

יישומים הנדסיים, חומרים נחשפים למגוון רחב של מחלות, אשר יכול להיות סטטי או דינמי בטבע, יחד עם רמות גבוהות של דפורמציה, טמפרטורות הנעות בין חדר ליד נקודת ההיתוך. תחת אלה הקצוות thermomechanical ההתנהגות גשמי יכול להשתנות באופן קיצוני; לפיכך, במשך קרוב למאה שנה, מספר ניסויים פותחו מכוונים כלפי חיטוט התגובה דינמי ו/או מאפיינים אחרים של התנהגות גשמי ואילו תחת מבוקר טעינת משטרים1,2,3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14. מתכות טעון ב נמוך למתח ביניים תעריפי (/s0 -6-10 10), בורג סרוו-הידראולי או דיוק מכונות בדיקה יוניברסל שימשו כדי ללמוד את התגובה גשמי נתון טעינה מצבים שונים, רמות של דפורמציה. אך כמו המתח יישומית מחיריהם מעבר בשערים למתח ביניים (כלומר., > 102/s), טכניקות אחרות ניסיוני הכרחי על מנת לחקור את התגובה מכני. לדוגמה, ב להעמיס שערי 103/s עד 5 × 104/s בגודל מלא או מיניאטורי מפוצל-Hopkinson לחץ ברים אפשר מדידות כאלה צריכה להיעשות8,15.

באופן מסורתי, גז אור-רובים ו/או צלחת מטען מונע השפעה ניסויים כבר נעזרו ללמוד את inelasticity הדינמי, תופעה ייחודית נוספת כגון spallation, או שלב שינוי המתרחשים במחירים למתח גבוה מאוד (105-10 7/s)16,17,18,19,20,21,22, או שילוב של לחצים גבוהים וטעינה דינמי. . נוהג, צלחת ההשפעה ניסויים לערב ההשקה של צלחת עלון שישאו sabot בתחילה בסוף עכוז-יורה כדורי סרק, אשר נוסע לאורך כל החבית האקדח ואז עשוי להתנגש עם צלחת בזהירות מיושר מטרה נייח- ההשפעה קאמרית. בשל ההשפעה, לחץ נורמלי ו/או משולב, הטיה מדגיש נוצרים בנקודת הממשק עלון/יעד, אשר לנסוע דרך הממדים המרחבי של הצלחות כמו גלים אורכיים ו/או משולב אורכי, כלי מתח. הגעתו של הגלים האלה על פני השטח האחורי של המטרה צלחת משפיעים על מהירות חלקיק משטח חופשי מיידי של המטרה צלחת, אשר נעשה בדרך כלל באמצעות טכניקות interferometric. על מנת לאפשר את הפרשנות של מהירות החלקיקים נמדד לעומת זמן ההיסטוריה, זה הכרחי כי המטוס-גלי עם מקביל הקדמי אל פני השטח ההשפעה שיווצר על ההשפעה14,23. כדי להבטיח את ההשפעה לשעבר, חייבת להתבצע עם זווית הטיה השפעת גודל פחות מ- 2 מילי-רדיאן12,24, במשטחים ההשפעה של שטיחות יותר מיקרומטר מספר5,25.

צלחת ההשפעה ניסויים הסתגלו לכלול ספירלות המאפשרים חקירות של התנהגות חומרים כדי להרחיב thermomechanical קיצוניים26,27,28,29. עיבודים אלה כוללים בדרך כלל התוספת של סליל של אינדוקציה, או של רכיב מחמם resistive עד הסוף-המטרה של הגז-האקדח; למרות עיבודים אלה הוכחו להיות ריאלי ניסיוניים, הגישה מטבעו מוביל לאתגרים ניסויית מיוחד אשר דורשים שיקולים זהירים. כמה סיבוכים ניסיוני אלה כוללים הרחבה תרמי דיפרנציאלית של המרכיבים השונים יעד בעל הרכבה ו/או יישור מקבע תוך חימום את הצלחת היעד (דוגמה), אשר דורשת התאמות יישור-בזמן אמת, בדרך כלל מיוצר עם יישור וטלמכניים כלים עם משוב רציף על מנת לשמור על סובלנות מכריע ההקבלה בין הלוח לדוגמה ואת היעד. במקרה של לחץ-הטיה צלחת ההשפעה ניסיוני ערכת, חימום הדגימה דורש מיכסים פולימר קונבנציונלי להיות מוחלף על ידי סורגי מתכת עמיד בטמפרטורות גבוהות כדי לעקוב אחר רוחבי של חלקיקים מהירות על פני השטח חינם של המטרה צלחת. יתר על כן, חימום של המדגם ניתן להוסיף מגבלות על מהירות פגיעה זה יכול להיות מועסק במזימות ניסיוני מסוימים, כגון המתח גבוהה קצב בשילוב לוחית לחץ-הטיה ההשפעה תצורה, איפה שיקולים מיוחדים העשויים להידרש כדי למנוע פרשנות ברורה וחד משמעית של תוצאות הניסוי, אשר מחושבים באמצעות של עכבה אקוסטית של החזית ואת היעד אחורי פלטות אשר עשוי להיות תלוי בטמפרטורה. לבסוף, עבור תוכניות אחרות ניסיוני, אשר דורשים צלחת היעד עם חלון אופטי, טולרנסים בין הדגימה, בונד שכבה, ו/או ציפויים הופכים יותר ויותר קשה לשמור על טמפרטורות גבוהות19.

כדי להקל על האתגרים ניסיוני שהוזכרו לעיל, אנחנו עשינו עיבודים מותאם אישית לרובה הקיים יחיד בשלב הגז-ממוקם ב אוניברסיטת Western Reserve התיק (CWRU)7,30,31,32 . שינויים אלה מאפשרים דגימות מתכת דק שהתקיים החזיתי של sabot עמידים בחום להיות מחומם לטמפרטורות מעל 1000 ° C, לפני הירי, אשר מאפשרים טמפרטורה גבוהה בלחץ רגיל ו/או משולב-הטיה צלחת ההשפעה ניסויים כדי להיות ערכו. בניגוד למרבית גישות קונבנציונליות מועסק טמפרטורה גבוהות הצלחת מחקרים בעלי השפעה, שיטה זו הוכח כדי להקל על כמה מן האתגרים ניסיוני שתוארו לעיל. לדוגמה, גישה זו יש כבר מנוצל להשיג מידה זוויות הטיה של פחות מ- 2 מילי-רדיאן ללא הצורך כוונון הטיה מרוחק30או אלמנטים אופטיים נוספים עבור ניטור הטיה שינויים במהלך הניסוי. שנית, מאז המטרה צלחת נשאר תחת בטמפרטורות הסביבה, שיטה זו אינה דורשת בצורך מיוחד עמיד בטמפרטורות גבוהות מיכסים הולוגרפית לשקילת רוחבי של חלקיקים מהירות בניסויים השפעה עקיפה; בנוסף, יכול להיות מנוצל המהירות גבוהה יותר ללא הסיכון של מניב המטרה צלחת, ובכך גם להפחית את המורכבות של פרשנות של תוצאות הניסוי. כדי להוסיף, גישה זו יכול להיות מנוצל כדי לבצע ניסויים השפעה הפוכה-גאומטריה צלחת רגילה בטמפרטורה גבוהה המספקים לנו להמציא מערכות יחסים חומר מדגם הבחירה. אלו ניתן להשיג דרך טכניקות התאמת עכבה, או בנוסף, ניתוח של המאוורר rarefaction מפני השטח האחורי של המדגם הנושאות מידע לגבי שינויים במדגם הלם מהירות במהלך פריקה33,34 . בתצורה ההשפעה צלחת לחץ משולבת-הטיה טמפרטורה גבוהות, גישה זו מאפשרת את inelasticity הדינמי של סרטים רזה שילמדו עד טמפרטורה רחב טווח דפורמציה פלסטית ואת המתח-המחירים עד 107/s בהתאם של העובי של27,16,29הדגימה דק.

נציג את הפרוטוקולים הדרושים לביצוע ניסוי ההשפעה צלחת טמפרטורה גבוהות טיפוסי שנדונו לעיל. זה יבוא סעיף ייעודי נציג תוצאות שהושגו בטכניקה הנוכחי. לבסוף, דיון של התוצאות יוצגו לפני סיום.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. מדגם יעד גשמי הכנה

הערה: בפרוטוקול הבא, נפרט את השלבים הנחוצים עבור הכנת החומרים דגימה ואת היעד, אשר ישמשו מאוחר יותר בניסוי ההשפעה צלחת רגילה הגיאומטריה הפוכה. תוכנית התקנה זו, צלחת עלון (גם את הדגימה), החזיק בחזית sabot, להיות השיקה באמצעות אקדח גז שלב בודד, עשוי להשפיע על צלחת מטרה נייחת שוכנו בתא היעד של אקדח גז. טיפוסי עלון ואת המטרה צלחת אסיפה המתוארים להלן כללי התנהגות מוצג סכמטי באיור1.

  1. בסעיף מוט אלומיניום 99.999% polycrystalline טוהר מסחרי לתוך דיסקים אשר מאוחר יותר לשמש את הצלחות עלון (דוגמאות).
    הערה: ניתן לבצע זאת באמצעות מסור במהירות איטית כדי למנוע בטמפרטורות גבוהות ולא שיורי מדגיש פיסת עבודה.
  2. הפנים ולהפוך את הדיסקים מדגם על מחרטה בקוטר 76 מ מ, עובי של 5.6 מ מ.
  3. תרגיל equispaced שלושה חורים 5 מ מ בקוטר על 62 מ מ קוטר המעגל מודגש על הדיסקים לדוגמה, שישמשו מאוחר יותר כדי לאבטח את הדוגמאות כדי sabot.
  4. לטחון צידי הלוחות מדגם על מנת להשיג עמידות שטיחות, ההקבלה של כמעט 10 מיקרומטר לאורך הקוטר של הדגימות.
    1. לבצע סיבוב קשה על משטחים צלחת מדגם באמצעות מכונה מוזמים מסחרי עם גודל החלקיקים גס יחסית (10-20 מיקרומטר).
      הערה: משקל ניתן להוסיף בשלב זה עד משטחים lapped מגיעים גריי אפילו משעמם, המציין אחידות לאורך הקוטר של הדיסק.
    2. לנקות בזהירות את הדגימות lapped באמצעות אתנול להסיר את כל החלקיקים שיורית, שמן מינרלי. לאחר מכן, פולנית הרוחבי הצלחות מדגם באמצעות 1 מיקרומטר יהלום הדבק על מטלית ליטוש.
    3. בדוק את השטיחות של הדגימות על ידי התבוננות להקות אור דרך שטוח אופטי במגע עם המשטח עניין תחת מקור אור מונוכרומטי ירוק16.
      הערה: שטיחות ניתן לכמת על ידי התבוננות את העקמומיות של הלהקות אור על פני השטח של המדגם, או על-ידי ספירת מספר להקות מעבר הקוטר כמוצג באיור2.
      1. לא-לשלב הבא, אם 3 אור להקות או פחות נראים לאורך הקוטר מדגם המציין שטיחות כ- 2 מיקרומטר. אחרת, חזור על שלבים 1.4.1 - 1.4.3 עד 3 להקות אור או יותר מושגת.
  5. חזור על שלבים 1.1-1.3 ולהמציא את הצלחות היעד. סעיף מוט סגסוגת מוקשה (חוזק גבוה) משקעים (טבלה של חומרים) לתוך דיסקים, ואז המכונה אלה בקוטר של 25 מ מ, עובי של 7 מ מ. לבסוף, לטחון הצדדים שטוחות על 10 מיקרומטר.
    1. את סיבוב שני המשטחים של הלוחות היעד על מכונת מוזמים באמצעות 15 מיקרומטר אלומינה אבקת בשמן מינרלי עד המשטחים להשיג מראה אפור משעמם אפילו
      הערה: גודל של חלקיקים המקבילה של slurry יהלום יכול לשמש כדי להשיג את המחירים להסרה מהירה יותר, ואת השטח טוב יותר לחשוב בקול רם. בנוסף, ניתן להשתמש משקולות.
    2. חזור על שלב 1.4.2.
    3. בדוק את השטיחות של הלוחות היעד על ידי חוזר שלב 1.4.3. אם הלהקה אור 1 או יותר נצפית המשך לשלב הבא. אחרת, חזור על שלבים 1.4.1 - 1.4.3 עד להקת אור 1 או יותר מושגת. אם סורגי הולוגרפית נחוצים, להמשיך צעד 1.5.4, אחרת דלג לשלב 1.6.
  6. לנצל את הליך דומה כפי שמתואר בשלב 1.1-1.3 ולהמציא את הטבעת אלומיניום.
    1. סעיף של צינור אלומיניום עם הקוטר החיצוני והפנימי של 41 מ מ, 32 מ מ, בהתאמה, לטבעות, ואז פנים הצדדים בעובי 7 מ מ.
    2. תרגיל 6 3 מ מ, קוטר חריצי equispaced על מעגל 34.5 מ מ קוטר בורג. אלה יהיה מאוחר יותר הבית שישה מתח מוטה נחושת סיכות, אשר יאפשר מידות הטיה להתבצע את ההשפעה.
    3. לטחון, ארוטי, לנקות, וללטש שני המשטחים של טבעות אלומיניום באמצעות ההליכים המפורטים בשלב 1.4.
  7. דבקים לצלחת שטוחה היעד לזירה אלומיניום באמצעות תערובת אפוקסי שני-חלקים על דירה לאבטחת המתקן כמוצג באיור3. לאפשר את אפוקסי לרפא ללילה בטמפרטורת החדר.
    הערה: שני החלקים מאובטחים לשלב פלדה שטוח פלדה באמצעות 3 ברגים אשר בעדינות יד התהדקה כך הלחצים שהוחלו על היעד ואת הטבעת למנוע את האפוקסי דולף מסובבת כלפי חוץ.
    1. להסיר את כל שאריות דבק החריצים הרדיאלים או מפני השטח של הלוחות באמצעות אצטון.
    2. הכנס את מכלול טבעת המטרה צלחת/אלומיניום לתוך הטבעת פום.
      הערה: הדיסק פום מאוחר יותר יהיה רכוב על-כדי בעל יעד עם הסיבוב דרגות חופש, אשר יאפשר את היישור של חומרי הבדיקה בתוך החבית האקדח.
    3. לסמן את המיקום של שישה חריצי רדיאלי על המדרגה הפנימי של הטבעת פום, קודחים חורים thru-עובי 6-במקומות המסומנים.
    4. אמייל מחלקה 6 נחושת סיכות של סליל של 15 AWG חוטי נחושת עם האורך ~ 50 מ מ ולהסיר הבידוד אמייל שכבה של שניים מהם. הקש את הפין לתוך החריצים בדפוס סימטרי: שני פינים הקרקע ממוקמות במיקומים הנגדי של המעגל. לדחוף את הסיכות דרך החריצים ולהשאיר כ 2 מ מ בולטות מסובבת כלפי חוץ מפני השטח של הטבעת.
      הערה: הסיכות משמשות למדידת זווית הטיה ומספקים את לחצן האות במוקש.
    5. דבקים בנט-הקצוות של הסיכות נחושת השטח האחורי של הטבעת פום באמצעות תוספת מהיר-הגדרה אפוקסי.
    6. השתמש תערובת אפוקסי צמיגות נמוכה בשני חלקים כדי לסגור את הפער בין הטבעת אלומיניום בקיר הפנימי של הטבעת פום. לאפשר את אפוקסי לרפא ללילה בטמפרטורת החדר.
  8. להסיר את עודף מ מ 2 של נחושת סיכות בולטות מעל פני השטח של הטבעת אלומיניום. במקטע הראשון עודף פינס עם כלי רוטרי ולאחר מכן חול הנותרים אל פני השטח באמצעות נייר 300 חצץ חול רטוב, עד הפינים הם כמעט המים על פני השטח של הטבעת אלומיניום.
    1. ארוטי, לנקות וללטש את מכלול שלם באמצעות חזרה שלבים 1.4.1-1.4.3. ודא מכלול lapped כולו שטוח כדי בתוך 2-3 להקות אור.
    2. הלחמה את הקצוות של הסיכות נחושת 6 על פני הגב של הטבעת פום, והר לזירה פום בעל מטרה באמצעות ארבעה 6.35 מ מ קוטר פום סיכות.

2. הרכבה של Sabot עמידים בחום מותאם אישית

  1. אסוף את מכלול מרכיבי sabot עמידים בחום, המוצג באיור 4.
  2. לצרף eyebolt בקצה התחתון של הכיפה אלומיניום וטוסטים איטום o-ring ו PTFE מפתח בתוך החריצים של המכסה.
    הערה: המפתח של o-ring משמשים כדי למנוע הטיה וסיבוב של sabot במהלך הנסיעה שלה הקנה האקדח.
    1. למשוך את החבל תרמו-כמה דרך החור על החלק התחתון של המכסה, ולאבטח את החוט התרמו-כמה לתוך המחבר.
  3. דבקים המכסה של הקצה האחורי, סיליקט אלומינה שנאפת באופן מלא את צינור רוק לבה אל החזית של הצינור אלומיניום באמצעות הגדרה מהירה שני-חלקים אפוקסי.
  4. משוך את החללית התרמו-כמה דרך החור 76.2 מ מ קוטר H13 סגסוגת פלדה הכלי בעל מדגם.
  5. דבקים בעל מדגם H13 כדי החזיתי של הצינור לבה באמצעות מלט בטמפרטורה גבוהה, או דבק המקביל בטמפרטורה גבוהה.
  6. להחיל את הבטון בטמפרטורה גבוהה סביב 25 מ מ בקוטר של 3 מ מ עבה לבה הדיסק יושבת הפנימי thru-עובי 19 מ מ קוטר קונצנטריים החור של בעל H13. לאפשר את הבטון בטמפרטורה גבוהה כדי לילה יבש בטמפרטורת החדר.
  7. לאבטח את הדגימה כדי H13 בעל מדגם באמצעות 3 ברגים אלומינה ולהבטיח שטיחות המדגם לא משנה באמצעות פרוטוקול המתואר 1.4.3.

3. הרכבה של חומרי הבדיקה בתוך יורה כדורי סרק

  1. לנקות את השטח הקדמי של המדגם, מטרה עם אלכוהול איזופרופיל ולאחר מכן השתמש הקלטת כדי לאבטח הראשון מראות פני השטח של כל אחד.
  2. בורג הדק שלב 3-ציר תנועה על גבי extruding רוד לעיל האקדח חבית בתוך תא ההשפעה, ולצרף בעל מנסרה נושאת מנסרה דיוק אופטי לבמה.
  3. משוך בחבל דרך הקנה של האקדח, לצרף את החבל sabot ויה eyebolt על המכסה אלומיניום.
  4. למקם את sabot קנה עם הדגימה הפונה לכיוון החדר ההשפעה, ולמקם את מכלול בעל מטרה לתא היעד מול המדגם.
  5. יישר את מיקום המטרה על ידי התאמת הפינים מיקום פום ארבע עד המראה הראשון-משטח היעד מיושרת המראה הראשון-פני על הדגימה.
    1. ביצוע של יישור גס של ההקבלה בין הלוחות מדגם ואת היעד בעזרת נורת כשמאירים ומראה רעיוני. התאם את הבמה עד ניתן לראות תמונה אחת משתקף רציפה של הנורה מכל המשטחים על המנסרה יישור.
  6. השתמש של auto-קולימטור24 כדי להשיג את היישור משובחים.
    1. התאם את הבמה עד הדימוי המשתקף של הצלב מפני השטח האחורי מנסרה מיושר עם התמונה משתקפת במראה הראשון-פני על הדגימה.
    2. התאם את מכלול היעד על-ידי הפעלת את הברגים מיקום בעל יעד עד הדימוי המשתקף של הצלב מפני השטח האחורי מנסרה מיושרת עם התמונה משתקפת במראה הראשון-משטח היעד.
  7. הסר את המראות הראשון-פני הדגימה ואת היעד. גם להסיר המראה רפלקטיביים, פריזמה, מחזיק פריזמה, הבמה התאמה תא ההשפעה.
  8. . תעצור את sabot עכוז-סוף יורה כדורי סרק באמצעות החבל ולאחר מכן הסר את החבל מן הכובע.
  9. להשאיר ~ 2.5 מ מ מרחק בין sabot את הראש חימום ולהתאים בהתאם אורך הברגים המונעות את התנועה האחורי של sabot לכיוון עכוז.
  10. להתחבר התרמי-הזוג שהצג אבחון טמפרטורה.
    הערה: החוט תרמי-כמה בצד צג טמפרטורה כבר הכניסו בתוך החבית דרך צינור ואקום באמצעות של הסדרה.

4. סידור והיישור של האבחון מבוססת לייזר

  1. לשים שני עוגנים משורשרות החורים על הגב של בעל המכשיר focuser. הדק את שני הברגים באמצעות העוגנים עד שיגיעו על פום כדי לאפשר את החופש לשנות את זווית הקרן התקרית.
    1. לקדוח חור thru-עובי על החלק התחתון של בעל המכשיר focuser ואבטח אותו על מגנט גלילי משורשרות.
    2. משוך על בדיקה focuser סיב אופטי דרך צינור אלומיניום והדבק את החללית אל הצינור אלומיניום על-ידי החלת אקסטרה מהיר-מערכת אפוקסי סביב הראש בדיקה קצה הצינור אלומיניום. דחפו את הראש בדיקה כמו קדימה לתוך הצינור ככל האפשר, אך הקפד להשאיר את העדשה בדיקה מן אפוקסי. המתן עד תוספת מהיר-מערכת אפוקסי הוא מוקשה.
    3. להתחבר focuser אופטי את הכל-סיבים-אופטיים NDI/TDI interferometer31, הנח את מכלול focuser על בעל מטרה לכוון לעבר המשטח האחורי של המטרה.
  2. להפעיל את הלייזר, במקרה זה בד ארביום 2W מצמידים לייזר, 0.2-0.4 כוח W. לאחר מכן, להתאים את המיקום של המכשיר focuser באמצעות הברגים מחוברים מכלול focuser עד צימוד אור הנכונה מושגת האות רכשה ממוטבת.
  3. התאם את מצמד יחס משתנה כדי להתאים את עוצמת הפניה ואור דופלר-העביר עד האות שמוצג על אוסצילוסקופ ממוטבת.
    הערה: אם תנועה רוחביים אבחון נדרשים, נא עיין צעדים 4.5-4.6.
  4. לשים שני עוגנים הליכי משנה החורים על הגב של בעל focuser פום ולאחר מכן הדק את שני הברגים באמצעות העוגנים עד שהם ייגעו על פום.
    1. לקדוח חור thru-עובי על החלק התחתון של בעל המכשיר focuser ואבטח אותו על מגנט גלילי משורשרות.
    2. משוך על בדיקה קולימטור סיב אופטי דרך צינור אלומיניום והדבק את החללית אל הצינור אלומיניום על-ידי החלת אקסטרה מהיר-מערכת אפוקסי סביב הראש בדיקה קצה הצינור אלומיניום. דחפו את הראש בדיקה כמו קדימה לתוך הצינור ככל האפשר, אך הקפד להשאיר את העדשה בדיקה מן אפוקסי. המתן עד תוספת מהיר-מערכת אפוקסי הוא מוקשה.
    3. חזור על השלבים שלעיל ב- 4.4 כדי להפוך שתי הרכבות ולשים אותם בבית הבליעה ההשפעה.
  5. להתאים את העמדות ואת הזוויות של collimators סיב אופטי המקבל עם המגנט, שני הברגים על המחזיק פום עד האינטנסיביות של מסדר הראשון diffracted קורות נמדדת על הצגים חשמל ממוטבת.
  6. לנתק את הצג כוח וחבר את collimators המקבלת שני כל-סיבים-אופטיים TDI interferometer31.

5. ביצוע הניסויים השפעה הפוכה הגיאומטריה צלחת רגילה/לחץ-הטיה בטמפרטורה גבוהה

  1. באבטחת והסתיר את ראשי על-ידי הידוק את התפסים ארבע על דלת הכניסה של החדר ההשפעה ולאחר מכן סגור את התא באמצעות סרט פוליאסטר המוברגת מקורבות משנית.
  2. להגביר את הלחץ חותם ~ 207 kPa ולאחר מכן סגור את. אקדח הגז בסוף עכוז על ידי הידוק הברגים בוהסתיר.
  3. להפעיל את משאבת ואקום עכוז-end, ולאחר מכן הפעל את משאבת ואקום סוף-תא היעד.
  4. ודא כי שם אין תנועה של sabot לכיוון החדר הנגרמת על ידי לחץ לבין החלק הקדמי, האחורי של sabot. המתן עד החדר מפונה ללחץ פחות מ- 100 mTorr.
  5. הפעל בשיטת המדידה המבוססות על לייזר-משרעת sabot מהירות ההשפעה.
  6. להזיז את החימום אל המיקום מסומן, את החימום. מעלה את הטמפרטורה של החימום עם גידול של 100 ° C עד הטמפרטורה הרצויה לדוגמה.
  7. לדחוס את הירי dump תא ל kPa ~ 1103, ואת תא המטען לרמה הרצויה בהתאם הנבחר להשפיע על מהירות. כמו כן, לאבטח הנדפק sabot לתא השפעה.
  8. לכבות את התנור ולהתקדם באופן מיידי את החימום כלפי מעלה לעבר הבאר-דוד שמש. רשום את הטמפרטורה על הטמפרטורה נמדדת צג אבחון שמציג את צמד תרמי sabot על פני מדגם.
  9. מיד פתח את חותם שסתום שחרור ה-dump ירי קאמרית ברגע הלחץ חותם צונח לאפס.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

מ מ 82.5 נשא, 6 מ' אורך, אקדח גז יחיד בשלב-CWRU מסוגל מאיץ 0.8 ק ג קליעים כדי במהירויות של עד 700 m/s שימש לביצוע הניסויים הנוכחי. איור 5 מראה תמונה של המתקן ששונה יורה כדורי סרק-CWRU. לפני ירי, sabot מעוצב מותאם אישית זה שוכן בתוך היצירה סיומת מחמם, המוצגת באיור 6. היצירה הרחבת נושא אנכי מחמם טוב המאפשר תנור סליל resistive להכנס ולצאת הנתיב של sabot. סליל חימום זו מאפשרת את הצלחת המעופפת שנערך בחזית sabot להיות מחומם באמצעות קרינה חינם תחת ואקום הטמפרטורות המבחן הרצוי. Sabot הוא מותאם אישית שנועדה לשאת את הצלחת המעופפת מחוממת בעודם מקלים זרימת חום מהצלחת הנוסע אל תוך הגוף sabot, ובכך מקלים את הסיכון עבור תפיסת sabot בעקבות ההתרחבות תרמית אפשרית של הגוף sabot. עיצוב מותאם אישית sabot מוצג סכמטי איור7. המפתח לעיצוב הוא הצינור מבודד קרמיקה, זני סיליקט אלומינה מפוטרים באופן מלא, במחירים שלה מוליכות חום נמוכה, הרחבה תרמי נמוך, גמישות מעולה לעומת אחרים זמינים מסחרית קרמיקה machinable. לאחר הבדיקה-הטמפרטורה הרצויה מושגת, ראש מחמם באופן ידני עזב את הנתיב של הקליע, שוכן בתוך הבאר-דוד שמש. בדיוק לפני ירי באקדח. גז, הטמפרטורה של המדגם נרשם באמצעות בדיקה צמד תרמי המוצמד לחלקה הקדמי של הצלחת המעופפת. עבור ניסוי מסוים המהירות של הקליע היא כ 100 מטר לשנייה, יתר על כן, בהנחה בתאוצה קבועה, זה לוקח רק מעל עשירית שנייה עבור הקליע כדי להגיע ליעד, לפיכך, הטמפרטורה הקליט רק לפני הירי היא ככל הנראה הערכה טובה על הטמפרטורה הדגימה הראשונית את ההשפעה. בשלב הבא, פרוטוקול הירי מתבצע. כאשר הלחץ חותם בתוך עכוז מגיע מן הלחץ האטמוספרי, הלחץ יורים הוא זרק לתוך קובץ dump של ירי קאמרית, הבוכנה שמירה על חותם בין הקנה קאמרית והאקדח עומס הוא שנעקרו לאחור. דבר זה מאפשר גז בלחץ גבוה במהירות זרימה מסובבת כלפי חוץ מעכוז ולהפעיל את sabot. Sabot נוסע לאורך כל החבית האקדח והוא עשוי להשפיע עם לוחית מטרה נייחת בחדר ההשפעה.

Sabot מעוצב מותאם אישית מאפשרת את הצלחת המעופפת תהיה רגילה או נוטה במובן לציר התנועה. איור 8 ו- 9 איור סכמטי להראות הצלחת הפוך רגיל ולאחר המלוכסן תצורות ההשפעה, בהתאמה; עם זאת, רק את התצורה השפעה הפוכה צלחת רגילה מתואר בכתב היד הנוכחי. איור 10 מראה תמונה של אסיפה מחזיק היעד אופייני בשימוש בניסויים אלה. ודרגות החופש המסתובבת מאפשרות יישור מדויק של המטרה צלחת לצלחת המעופפת. יישור מתבצעת באמצעות מנסרה במכונה דיוק בשיתוף autocollimator, כפי שמוצג באיור 11סכמטי. במהלך היישור, קורות במקביל מ autocollimator לשקף מעל פני השטח של פריזמה, היעד, הצלחת המעופפת; קרן השלישי משקף מעל פני השטח הפנימי מנסרה. הקורות משתקף יישארו מקבילי אם ורק אם עלון המטרה צלחת משטחים מקבילים אחד לשני, בניצב למשטח האחורי של המנסרה. הקורות במקביל הקרובים ביתכנסו ואז כדי ליצור תמונה אחת על reticle של autocollimator המסמלת כי מיושרים על המשטחים.

עבור הערכה השפעה הפוכה צלחת רגילה, בעת הפגיעה, מדגיש נורמלי נוצרים בנקודת הממשק עלון/יעד אשר לנסוע דרך הממדים המרחבי של הצלחות כמו גל הלחץ האורך עם חזית מקביל פני השטח ההשפעה (ובלבד שטיחות, ההקבלה טולרנסים מולאו). בעת הפגיעה, מוטה-מתח הפינים לבוא במגע עם הצלחת המעופפת מתכתי שישאו את sabot, יצירת נתיב לקרקע. האותות של הפינים קצרים פיקוח דרך המעגל רכישה הטיה, דיגיטציה, לאחר מכן נרשם דרך תנודות. אותות אלה מספקים מידע כמותי לגבי הטה מקסימום השפעה, וכן, המטוס הטיה, ולספק בנוסף דופק הגורם המפעיל עבור אוסצילוסקופ להתחיל הקלטת אותות האבחון תנועה נורמלית. במחקר הנוכחי, in-הבית נבנה כל סיבים אופטיים מבוסס בשילוב נורמלי ומשמש interferometer הזחה רוחבי כדי לנטר את התנועה משטח חינם של המטרה (איור 12). איור 13 מציג את הנתונים הגולמיים שנרשם במהלך ניסוי מוצלח הגיאומטריה הפוכה ההשפעה צלחת רגילה. הנתונים בתרשים הזה לאפשר למשתמש לאשר הפרוטוקול האמור לעיל בוצעה כראוי. מוצגים בצבע אדום הוא האות המסופקים על ידי המעגל רכישה הטיה. עבור ניסוי זה, ההבדל בזמן בין לקצר הפינים מתח הראשון והאחרון מוטה הוא כ 180 ns, אשר מציין כי המרחק בין נקודת הקשר תוך כדי המכה הראשונה והאחרונה הייתה כ- 18 מיקרומטר (בהתחשב בכך הקליע נסע-100 m/s,) המרבי הטה את ההשפעה הנמדד על פני המעגל בולט 34.5 מ מ היה בערך 0.52 mrad. אם פרוטוקול יישור אינה מבוצעת באופן משביע רצון, זמן הטיה גדולה בהרבה תיענה, רמה הטיה גדולה יותר מאשר mrad כמה יכול להתפתל לפרופיל גל הלם הנמדד על פני השטח ללא תשלום. סממן נוסף של ניסוי מוצלח הוא ההבדל בזמן בין ה-pin קצרים הראשון לבואו של אורכי הגל על פני השטח חינם של המטרה צלחת. גל הלחץ שנוצר על ההשפעה נוסעת במהירות קבועה ובלבד המטרה צלחת נשאר אלסטי. רוד סגסוגת השתמשו במחקר זה, המהירות של אורכי גל הוא כ 5820 m/s, וכך לדעת מה עובי המטרה, 7 מ מ, מרמז כי גל אורכי יגיעו כ 1.2 µs לאחר הפגיעה. איור 13, הגעתו של מתח אורכי הגל מסומן על ידי מהירה היכו משרעת ובתדירות וריאציה של האות שנרכשה מן האבחון תנועה נורמלית. הגעה מאוחרת של מתח אורכי הגל עשוי להצביע על הטיה גדולה של, inelasticity של המטרה צלחת או הכנה הרכבה יעד לא תקין.

איור 14 מראה התרשים של המתח לעומת חלקיקים מהירות תרשים עבור ניסוי צלחת-השפעה דחיסה כללי שוק רגילה שבה הנוסע מחומם מראש, את הצלחת היעד יכול לעבור דפורמציה אלסטית-פלסטיק את ההשפעה. רוח המקום של כל מצבי מתח/חלקיקים מהירות לצלחת היעד בלחץ uniaxial מיוצג על ידי עקומת השחור עובר דרך המקור, ואילו לוקוסים של כל מצבי מתח/חלקיקים מהירות עבור הנוסע מיוצג על ידי עקומת שחור מצטלבים הציר מהירות החלקיקים במהירות הקליע. העקומה אדום מצטלבים הציר מהירות החלקיקים במהירות הקליע נועד להמחיש את השפעת הטמפרטורה על מיקומה של מדינות המדגם אפשרי. עבור השפעה נגד מדגם בטמפרטורת החדר, על הממשק מדגם/יעד המטרה צלחת עוברת ממצב של האו ם טעון (1), מצב טעון (3), אחרי קו קו-נקודה (קו ראלי) שווה עכבה האורך של המטרה צלחת מדרון חומר במצב (3), בזמן הצלחת מדגם נע ממצב לפרוק (2) למצב טעון (3), אחרי קו ראלי מדרון שווה עכבה האורך של המדגם סטייט (3). במפגש בין שתי שורות אלה חושפים מרבית הלחץ והמהירות הברית השגה דרך התאמת עכבה במהלך הניסוי הזה-הממשק מדגם/יעד. יתר על כן, הברית מתח/חלקיקים מהירות בבית האומן ממשק מדגם/יעד קובע מהירות החלקיקים על פני השטח חינם של המטרה צלחת, זה המוצג כ המדינה (4). השפעה נגד מדגם עם עכבה אקוסטית האורך התחתונה, יגרום לשינוי השגה מדינות ב הממשק מדגם/יעד מ (3) עד (5) וכתוצאה מכך, על פני השטח חינם של היעד (4) עד (6), לכן, זה מראה שינויים קלים איך עכבה אקוסטית האורך של המדגם הן לזיהוי על-ידי ניטור של חלקיקים מהירות על פני השטח חינם של המטרה צלחת.

הערה, כי חלקיקים מהירות על פני השטח חינם של היעד הוא לפחות כפול של. מהירות החלקיקים הממשק מדגם/יעד, אך גורם זה משתנה כפונקציה של מהירות התפשטות הגל פלסטיק, כתוצאה מכך, המדינה מתח ב המדגם / ממשק היעד נאמדת באמצעות7

Equation 1

איפה Equation 2 מרווח זמן discritzed מיוצג כ- Equation 3 , שבה h הוא ההופכי של קצב הדגימה של אוסצילוסקופ (2.5 x 1010 /s), Equation 4 איפה L בעובי של המטרה צלחת, Equation 5 הוא מהירות תלויות מתח ממוצע ההתפשטות פלסטיק בצלחת היעד הנמדד על פני השטח ללא תשלום בזמן Equation 2 . Equation 6 , ו Equation 7 הן המהירות של צפיפות, אלסטי אורכי גל של המטרה צלחת בהתאמה, ו- Equation 8 ה נמדדו חלקיקים מהירות על פני השטח חינם של המטרה צלחת. בנוסף, של החלקיק השטח חינם נמדד מהירות המתאים לרמת מהירות (המדינה (3)), את האורך עכבה אקוסטית של הנוסע (דוגמה) יכול להיות מוערך באמצעות32

Equation 9

איור 15 מראה המעקב מהירות חלקיק חופשי-פני המתקבל האבחון תנועה נורמלית. בתחילה זה עקבות בא לידי ביטוי לעלייה החדה יחסית מהירות הקשורים את הדינמיקה של ההשפעה, ואחריו מישור הנובע התאמה עכבה בין הלוחות עלון ואת היעד אשר מתמשכת דרך משך הניסוי. עליית מהירות התחלתית מתייחס ישירות הכוח הדינמי, ואת הזרימה פלסטיק התחלתית של המטרה צלחת החומר, בעוד מהירות הרמה הלם קשורה עכבה התאמה בין המטרה לבין הנוסע צלחות. האיור מראה בבירור במהירויות החלקיקים יורדת בהדרגה-גל-קבלה, חלקיקים מהירות הרמה כפונקציה של טמפרטורה עולה, רומז ריכוך תרמי אפשרי ו/או מונוטוני יורדת עכבת האורך של דגימת החומר עם הטמפרטורה.

תוצאה מעניינת יותר ניתן לראות באיור 16, אשר מראה שהאיתור מהירות חלקיק משטח חופשי נורמלי המתקבל הפוך הגיאומטריה צלחת רגילה ההשפעה ניסויים המבוצעת על טוהר מסחרי polycrystalline מגנזיום. באופן דומה, כדי 15 איור, איור 16(א) מראה מונוטוני הפחתת מהירויות חלקיקים-הרמה הלם עם העליה בטמפרטורה בטווח של 23 – 610 הלעפה תרוטרפמט, עם זאת, בטמפרטורות מהרמה הזאת (קרי, 617, הלעפה תרוטרפמט 630), היפוך מגמה זו ניתן לראות בבירור. עלייה זו חלקיקים מהירות מרמז על עלייה עכבה הלם של החומר לדוגמה, יתר על כן, בהנחה הקבועים אלסטי של החומר להקטין כפונקציה של טמפרטורה, ואז עלייה עכבה הלם, זה עולה קייס, מצביע על עלייה היפותזות חוזק ו/או מודולוס פלסטיק של החומר הדגימה. בזהירות להסתכל באיור 16(b) ניתן לראות כי עליית חלקיקים מהירות הרמה הלם מלווה עלייה ברמות מהירות החלקיקים לאורך כל עליית חלקיקים מהירות האיתור הראשוני, אשר בקורלציה עם רמות הלחץ על הממשק מדגם/יעד במהלך פלסטיות התחלתית של החומר מדגם. איור 17 מראה micrographs של חתכי רוחב של המשטח ההשפעה של דגימות שלאחר הבדיקה. התמונות מציגות שני אפקטים מורגש על מיקרו עקב טמפרטורה עולה. ראשית, התמונות להראות תבואה הבשלה עם טמפרטורה מדגם גדל והולך, אשר צפוי. עם זאת, התמונות גם להראות שינוי תצורות הלהקה התאומים, אשר באה לידי ביטוי תכונות טבלאי או קווי רוחב סופי דרך גרגרים. בזהירות מסתכל על התמונות התואמים לטמפרטורות החל הלעפה תרוטרפמט 23 – 500, שנצפו ההקטנה ברורה בלהקות טווין עם העליה בטמפרטורה. אולם, בטמפרטורות גבוהות יותר (קרי, 610, 617, הלעפה תרוטרפמט 630) שבעבר של הלהקות טווין שנצפו, שמצביע על היווצרות band התאום הוא המועדף בסוף האחרון-טווח טמפרטורה זו. מאז דפורמציה פלסטית ב מגנזיום הוא לאכלס באמצעות מנגנונים מתחרות של תצורות הלהקה התאום, להחליק, זה מתקבל על הדעת כי היווצרות הלהקה המועדף טווין נצפו על המקרה הטמפרטורה הגבוהה ביותר במבחן מרמז כי slip הפך קשה יותר בתנאים אלה.

Figure 1
איור 1: סכימטי של עלון טיפוסי צלחת ואת המטרה צלחת אסיפה. איור זה מציג פשוט סכמטי של עלון, המטרה צלחת ההרכבות להשתמש בתצורת ניסיוני הנוכחי. פרוטוקול מעמיק להכנת חלקים אלה מפורטים צעדים 1.1-1.7. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2: צילום של שיטת מדידה שטיחות. איור זה מציג את המדידה שטיחות על הלוחות על-ידי הצבת אופטי שטוח על פני השטח של עניין תחת אור מונוכרומטי ירוק. שטיחות ניתן כימות () על ידי התבוננות את העקמומיות של הלהקות אור על פני השטח של הדגימה או (b) על-ידי ספירת מספר להקות מעבר הקוטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3: צילום של פנצ'ר לאבטחת המתקן. איור זה מציג את המטרה צלחת, הטבעת אלומיניום מאובטחים לשלב פלדה שטוח פלדה באמצעות שלושת הברגים אשר בעדינות יד התהדקה כך הלחצים שהוחלו על היעד ואת הטבעת למנוע את האפוקסי דולף החוצה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4: תצלום של רכיבי עיצוב sabot. איור זה מציג את הרכיבים של ההרכבה של sabot עמידים בחום מותאם אישית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5: מתקן יורה כדורי סרק-CWRU. איור זה מציג תמונה של המתקן יורה כדורי סרק שלב בודד ב Case Western Reserve University. מוצגים בצבע אדום הוא המנהג עיצב מערכת חימום אילו חברים עם האקדח-החבית קיים, מאפשר רצוי בתנאי טמפרטורה כדי להיות הנחילה את sabot. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 6
איור 6: סכימטי של מערכת החימום. איור זה מציג תיאור סכמטי של מערכת החימום מחובר עכוז יורה כדורי סרק שלב בודד בלחץ גבוה. היצירה הרחבה מותאמת אישית משלבת מחמם-באר אשר הבתים סליל חימום התנגדות שנערך על גבעול עם מפוח, כשעוצמת דרגות חופש. סליל זה ניתן להעביר בשורה עם הקליע והחזיק דגימות מתכת דק חום בחזית sabot לטמפרטורות מעל 1000 ° C, לפני הירי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 7
איור 7: סכימטי של sabot עמידים בחום. איור זה מציג תיאור סכמטי של sabot בשימוש ניסיוני התצורה הנוכחית. הצינור סיליקט אלומינה מסייע בהקלת זרימת החום מן הדגימה מתכת דק מחוממת לגוף sabot, ובכך למזער את הסיכון של התקף של sabot בתוך החבית-האקדח בשל הרחבה תרמי אפשרי של הגוף sabot. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 8
איור 8: סכימטי של הניסוי השפעת טמפרטורה גבוהה צלחת רגילה תצורה הפוך. Sabot נושאת את הצלחת המעופפת מחוממת. לדחוף הקנה של האקדח, עשוי להתנגש עם מכלול היעד. בעת הפגיעה, סיכות ליחכה מיושרות עם לוחית המטרה לספק דופק על ההדק, להטות אבחון, ואילו התנועה משטח חינם של המטרה צלחת מתבצע פיקוח באמצעות PDV בנוי מותאם אישית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 9
איור 9: סכימטי של הניסוי ההשפעה צלחת אלכסונית סימטרי אופייני. בתצורה זו, צלחת הנוסע נוטה בכל הנוגע ציר תנועה, אשר בעת הפגיעה מספק מרכיבי תנועה בכל הנוגע הרגיל של המשטח ההשפעה הן רגילים והן רוחבי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 10
איור 10: צילום של אסיפה מחזיק טיפוסי היעד. איור זה מציג את מכלול מחזיק היעד אופייני המשמש גם ניסויים ההשפעה צלחת רגילה או עקיפה. מכלול המטרה המוצגת במרכז מחובר למחזיק היעד באמצעות סיכות פום, ולאפשר המסתובבת דרגות החופש של יישור מדויק להתבצע. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 11
איור 11: פריזמה יישור ערכת. איור זה מציג המחשה של ערכת היישור עבור לוחות עלון ואת היעד באמצעות מנסרה מאונכים ברמת דיוק גבוהה בשיתוף autocollimator. קורות במקביל (מוצג באדום) מ autocollimator לשקף מעל פני השטח של פריזמה, היעד, הצלחת המעופפת, קרן השלישי משקף של המשטח הפנימי של המנסרה. הקורות משתקף (מוצג בשחור) לשמור על ההקבלה בהתחשב בכך עלון המטרה צלחת משטחים הם מקבילים זה לזה, בניצב למשטח האחורי של המנסרה. הקורות במקביל הקרובים במתכנסת כדי ליצור תמונה אחת על reticle של autocollimator. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 12
איור 12: תיאור סכמטי של המנהג כל סיב אופטי מבוסס עקירה רגילה, כלי interferometer מערכת משולבת. תצורה זו משתמשת PDV ששונה, מוצגים בכחול, כדי לנטר את התנועה הרגילה של המטרה צלחת, וגם להאיר על פומפיה הולוגרפית על פני השטח חינם של המטרה, יצירת סדר מרובים diffracted קורות. הקורות הללו (מסדר ראשון בדרך כלל) יכול להיות מצמידים בחזרה לתוך הסיבים משולבים כדי ליצור וריאציות הותקפו תדירות יחסי התנועה רוחבי של המטרה צלחת, זו מוצגת בצבע אדום. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 13
איור 13: הנתונים הגולמיים של צלחת רגילה טיפוסי להשפיע על ניסוי. איור זה מציג את האות המוקלט שהתקבל במהלך ניסוי ההשפעה של צלחת רגילה טיפוסי הגיאומטריה הפוכה. המוצגים באדום האות המתקבל קצרים הפינים מוטה-מתח המחובר לטבעת אלומיניום תוך כדי המכה. ההבדל הראשון והאחרון הסיכה קצרים בזמן לתת הערכה בהטה מרבי את ההשפעה, ולאפשר הסדר אשר לקצר את הסיכות הערכות לגבי המטוס הטיה להתבצע. מוצג בשחור האות המתקבל אבחון תנועה נורמלית שלנו, כאן הווריאציות הותקפו תדירות קשורים את התנועה הרגילה של פני השטח חינם של המטרה צלחת. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 14
איור 14: מתח לעומת חלקיקים מהירות תרשים עבור ניסוי השפעה הפוכה תצורה צלחת רגילה. איור זה מציג הלחץ לעומת חלקיקים מהירות תרשים עבור ניסוי השפעת טמפרטורה גבוהות צלחת רגילה הגיאומטריה הפוכה. העקומה מרוכז בכל פרטי מקור מיקומה של כל מצבי מתח השגה עבור לוח מטרה איזוטרופיות, ואילו עקומת שמקורם ב- V0 פרטים מיקומה של כל מדינות עבור דגימת החומר בטמפרטורת החדר, יתר על כן, העקומה אדום מצטלבים Vo נועד להראות להשפעה אפשרית של טמפרטורות גדל והולך. בעת הפגיעה נגד מדגם בטמפרטורת החדר, המטרה צלחת עוברת ממצב של האו ם טעון (1) מצב טעון (3), ואילו, אם הפגיעה נעשית כנגד מדגם מחומם מראש, המטרה יעבור ממצב (1) למצב (5), כתוצאה מכך, העברת השטח חינם חלקיקים מהירות הברית מ (4) עד (6). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 15
איור 15: שיא מהירות משטח רגיל חינם התצורה הנוכחית ניסיוני. איור זה מציג את האיתור מהירות חלקיק חופשי משטח המתקבל האבחון תנועה נורמלית. בתחילה זה עקבות בא לידי ביטוי לעלייה החדה יחסית מהירות הקשורים את הדינמיקה של ההשפעה, ואחריו מישור הנובע התאמה עכבה בין הלוחות עלון ואת היעד אשר מתמשכת דרך משך הניסוי. עליית מהירות התחלתית מתייחס ישירות הלחץ של מדגם Al-הממשק עלון/יעד ההלם מתפתח, ואילו מהירות הרמה הלם קשורה עכבה להתאים בין המטרה לבין הנוסע צלחות. . מקצה לקצה, מציג עלילה הפחתת מהירויות חלקיקים ברחבי, עם הגדלת טמפרטורות, ומציעה זה ריכוך תרמית אפשרית של החומר מדגם בתנאים הנוכחיים טעינה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 16
באיור 16. מעקב מהירות חלקיק משטח חופשי נורמלי המתקבל ניסויים המבוצעת על טוהר מסחרי polycrystalline מגנזיום. (א) מראה מונוטוני הפחתת מהירויות חלקיקים-הרמה הלם לטמפרטורות ועד חדר הלעפה תרוטרפמט 610, אולם בטמפרטורות גבוהות יותר (617, הלעפה תרוטרפמט 630), המגמה זה מתהפך. (ב) מראה כי עלייה חלקיקים מהירות זו ניכרת גם היא עליית הראשונית של חלקיקים מהירות המעקב. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 17
איור 17. תמונות Microscale של חתך רוחב של ההשפעה שלאחר הבדיקה דגימות. התמונות מציגות שני אפקטים מורגש על מיקרו המדגם כתוצאה טמפרטורה עולה. ראשית, התמונות להראות תבואה הבשלה עם הגדלת לדוגמה טמפרטורה, אבל מעניינת יותר היא שינוי תצורות הלהקה התאומים, אשר מתגלים תכונות טבלאי או שורות עם רוחב סופי דרך גרגרים. כי יכול להיות שנצפו הטמפרטורות החל 23 – 500 הלעפה תרוטרפמט, ירידה ביצירת הלהקה טווין, עם זאת, כמו טמפרטורות הוגדלה מעבר לנקודה זו (קרי, 610, 617, הלעפה תרוטרפמט 630) שבעבר להקות התאומים בבירור שנצפו. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

השיטה ואת הפרוטוקול האמור לעיל מפורט נוהל כראוי ביצוע ניסוי השפעה הפוכה הגיאומטריה צלחת רגילה בטמפרטורות גבוהות. בגישה זו, אנחנו שינויים מותאם לקנה האקדח בסוף בלחץ גבוה (עכוז) האקדח גז קיימים שמורת אוניברסיטת קייס ווסטרן, לבית סליל חימום התנגדות עם מפוח, כשעוצמת דרגות חופש. המערכת סליל חימום התנגדות מאפשרת דגימות אלומיניום דק, שהתקיים החזיתי של sabot חימום עמיד, להיות מחומם עד סמוך טמפרטורות ההיתוך (העולה על 640 ° C), לפני הירי. בעזרת החימום דיור הסתגלות בשילוב עם sabot עמידים בחום, טמפרטורה גבוהות הצלחת ההשפעה הניסויים בוצעו ללא צורך שיקולים מיוחדים ניסיוני, אשר אופייניים כאשר ניצול הגישה המקובלת, כגון , הצורך מרחוק להטות התאמה עם משוב בזמן-אמת על שמירה על ההקבלה של הלוחות היעד, עלון במהלך תהליך חימום. באופן כללי, הגישה החדשה מפחית באופן משמעותי את מספר השלבים במקטע פרוטוקול, לעומת הגישה המקובלת.

במקטע נסיוני, אנו מפרטים את הצעדים הנדרשים: 1) מדגם והיעד הכנה גשמי, איפה הלוחות עלון והיעד היטב במכונה, ליחכה, ומלוטש, עד בטווח התקין ההקבלה ואת השטיחות צורך דור של גלים עם חזית מספיק מקביל פני השפעה; 2) הרכבה של sabot עמידים בחום המותאם אישית מסוגל אבטחת צלחת המדגם מחומם, בעודם מקלים זרימת החום לגוף sabot ולאחר לקנה הרובה. בנוסף, sabot בתי מפתח, אילו חברים אל הדרך המפתח קיים באקדח חבית כדי למנוע סיבוב של ההרכבה כולה sabot במהלך הנסיעה שלה לאורך כל האקדח-החבית. לבסוף, שלבים 3-5 אנחנו מפרטים הפרוטוקול עבור יישור של הצלחות מדגם והיעד לפני ביצוע הניסויים, חימום את הצלחת המעופפת (דוגמה) והוצאה לפועל של הניסויים. במקטע עוקבות, הראינו איך היתה אפשרות לאמת את הדיוק של הפרוטוקול מן הנתונים הגולמיים סיפק באיור1. לבסוף, אנו מציגים תוצאות צלחת רגילה טמפ גבוהות מוצלחת ההשפעה ניסויים, אשר מאפשרים את המידות של הברית מתח/חלקיקים מהירות הממשק מדגם/יעד, וכן, והאקוסטיקה האורך תלוי בטמפרטורה עכבה של החומר הדגימה.

בעתיד הקרוב, עם התאמות המתאימה לעיצוב sabot, שיטה זו צפויה לאפשר אפילו גבוה יותר הטמפרטורה צלחת ההשפעה ניסויים, אשר יאפשר את השימוש בו חיטוט התנהגות גשמי דינמית של חומרים נקודת התכה גבוהה יותר-ליד טמפרטורות ההיתוך. בהתחשב צדדיות של גישה זו, ייעשה שימוש ניסיוני קונפיגורציות שונות ללמוד התנהגות דינמית גשמי מהכל. לדוגמה, טמפרטורה גבוהות הגיאומטריה הפוכה צלחת ההשפעה ניסויים ניתן לעצב כראוי כדי לבצע מדידות של גל ההלם מאיצה ב מתכות בהגברת טמפרטורות, בזמן לחץ-הטיה צלחת ההשפעה ניסויים יכול להתבצע כדי להעריך inelasticity דינמי-זנים גדולים וקצבי הטיה גבוהה במיוחד.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

המחברים רוצה להכיר את התמיכה הכספית של מחלקת האנרגיה של ארצות הברית דרך סדרנות המדע אקדמי הברית DOE/NNSA (דה-NA0001989 ו- DE-NA0002919) בביצוע מחקר זה. לבסוף, המחברים רוצה המעבדה הלאומית לוס אלמוס. תודה על שיתוף הפעולה שלהם כדי לתמוך במאמצים עוברת בחקירות הנוכחיים והעתידיים.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. Gilat, A., Cheng, C. -S. Torsional split Hopkinson bar tests at strain rates above 104s− 1. Experimental Mechanics. 40, 54-59 (2000).
  4. Harding, J., Wood, E., Campbell, J. Tensile testing of materials at impact rates of strain. Journal of Mechanical Engineering Science. 2, 88-96 (1960).
  5. Clifton, R. J., Klopp, R. W. Pressure-shear plate impact testing. Metals handbook. 8, 230-239 (1985).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Prakash, V., Clifton, R. J. Fracture Mechanics: Twenty Second Symposium (vol. 1). , Astm Special Technical Publication. (1992).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Klopp, R., Clifton, R., Shawki, T. Pressure-shear impact and the dynamic viscoplastic response of metals. Mechanics of Materials. 4, 375-385 (1985).
  17. Arvidsson, T. E., Gupta, Y., Duvall, G. E. Precursor decay in 1060 aluminum. Journal of Applied Physics. 46, 4474-4478 (1975).
  18. 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).
  19. Barker, L., Hollenbach, R. Shock wave study of the α⇄ε phase transition in iron. Journal of Applied Physics. 45, 4872-4887 (1974).
  20. Shazly, M., Prakash, V. Shock response of a gamma titanium aluminide. Journal of Applied Physics. 104, 083513 (2008).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Prakash, V. A pressure-shear plate impact experiment for investigating transient friction. Experimental Mechanics. 35, 329-336 (1995).
  24. Kumar, P., Clifton, R. Optical alignment of impact faces for plate impact experiments. Journal of Applied Physics. 48, 1366-1367 (1977).
  25. Prakash, V. Time-resolved friction with applications to high speed machining: experimental observations. Tribology Transactions. 41, 189-198 (1998).
  26. Frutschy, K., Clifton, R. High-temperature pressure-shear plate impact experiments using pure tungsten carbide impactors. Experimental mechanics. 38, 116-125 (1998).
  27. 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).
  28. 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).
  29. Grunschel, S. E. Pressure-shear plate impact experiments on high-purity aluminum at temperatures approaching melt. , Brown University. (2009).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).

Tags

הנדסה גיליון 138 טמפרטורה גבוהות הצלחת ההשפעה הניסויים השפעה על צלחת רגילה בשילוב ההשפעה צלחת לחץ-הטיה טמפרטורות ליד-להמיס המחירים המתח גבוהה במיוחד התנהגות דינמית גשמי בתנאים קיצוניים
ניצוח גבוהות בטמפרטורה רגילה, בשילוב לחץ-הטיה צלחת ההשפעה ניסויים באמצעות מערכת החימום Sabot עכוז-end
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V.… More

Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. Conducting Elevated Temperature Normal and Combined Pressure-Shear Plate Impact Experiments Via a Breech-end Sabot Heater System. J. Vis. Exp. (138), e57232, doi:10.3791/57232 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter