Summary
Qui, presentiamo un protocollo dettagliato di un nuovo approccio per lo svolgimento di elevata temperatura piastra normale inversa impatto e piastra di pressione e taglio combinato. L'approccio prevede l'utilizzo di un riscaldatore di bobina resistivi-culatta per riscaldare un campione tenuto presso il front-end di un sabot resistente al calore alla temperatura desiderata.
Abstract
È presentato un nuovo approccio per lo svolgimento di esperimenti di impatto piastra normale e/o combinata pressione-shear test temperature fino a 1000 ° C. Il metodo consente esperimenti di elevata temperatura piastra-impatto rivolto verso sondando il comportamento dinamico di materiali termo meccaniche estreme, mentre attenuanti diversi speciali sperimentale sfide affrontate durante l'esecuzione di esperimenti simili utilizzando l'approccio di impatto piastre convenzionali. Adattamenti personalizzati sono fatti per la culatta di una pistola a gas monostadio presso Case Western Reserve University; questi adattamenti includono un pezzo di estensione lavorati di precisione in acciaio SAE 4340, strategicamente progettato per accoppiare la canna del fucile esistente fornendo al contempo un'elevata tolleranza corrisponde per il foro e cava. Il pezzo di estensione contiene un riscaldatore cilindrico verticale-pozzo, che ospita un gruppo di riscaldatore. Una testa per riscaldatore resistivo della bobina, in grado di raggiungere temperature di 1200 ° c, è collegato ad uno stelo verticale con assiale/rotazione gradi di libertà; in questo modo gli esemplari in metallo sottili tenuti presso il front-end di un sabot resistente al calore da riscaldare uniformemente attraverso il diametro per le temperature di prova desiderata. Riscaldando la targhetta del volatile (in questo caso, nell'esempio) della culatta della canna del fucile-anziché alla destinazione-fine, diverse sfide critiche sperimentali possono essere evitate. Questi includono: 1) cambiamenti severi nell'allineamento della piastra bersaglio durante il riscaldamento dovuto all'espansione termica dei diversi costituenti del gruppo di supporto di destinazione; 2) le sfide che sorgono a causa degli elementi di diagnostica, (cioè., reticoli olografici di polimero e le sonde ottiche) essendo troppo vicino all'assembly di destinazione riscaldata; 3) le sfide che si presentano per target piatti con finestra ottica, dove le tolleranze cruciale tra il campione, legame strato e la finestra diventa sempre più difficile mantenere temperature elevate; 4) nel caso di combinato compressione-taglio piatto impatto esperimenti, la necessità di reticoli di diffrazione resistente a temperatura elevata per la misurazione della velocità trasversale delle particelle sulla superficie libera del target; e 5) limitazioni imposte dalla velocità di impatto necessarie per un'interpretazione inequivocabile della velocità superficie libera misurata rispetto al profilo orario dovuto thermal rammollimento e possibilmente producendo delle piastre destinazione delimitazione. Utilizzando gli adattamenti di cui sopra, vi presentiamo risultati da una serie di esperimenti di impatto piastra normale geometria inversa su alluminio di purezza commerciale a una gamma di temperature di campione. Questi esperimenti mostrano diminuendo la velocità delle particelle nello stato incastrato, che sono indicative di materiale rammollimento (diminuzione dello stress post-rendimento flusso) con l'aumento della temperatura del campione.
Introduction
Nelle applicazioni di ingegneria, i materiali sono sottoposti a una vasta gamma di condizioni, che possono essere statici o dinamici in natura, accoppiato con elevati livelli di deformazione e temperature che variano da camera a vicino al punto di fusione. Sotto questi estremi Termomeccanica il comportamento del materiale può variare drasticamente; così, nel corso di quasi un secolo, diversi esperimenti sono stati sviluppati mirato verso sondando la risposta dinamica e/o altre caratteristiche del comportamento del materiale mentre sotto controllato caricamento regimi1,2,3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14. per metalli caricati a basse velocità di deformazione intermedio (10-6-10 0/s), vite servo-idraulica o di precisione, macchine di prova universali sono stati usati per studiare la risposta del materiale sottoposto a varie modalità di caricamento e livelli di deformazione. Ma come sforzo applicato tariffe aumentano oltre la velocità di deformazione intermedia (cioè., > 102/s), altre tecniche sperimentali diventano necessarie al fine di sondare la risposta meccanica. Ad esempio, alle tariffe di 103/s di carico a 5 × 104/s full-size o miniaturizzato enable bar pressione di Spalato-Hopkinson tali misure per essere fatto8,15.
Tradizionalmente, luce gas-pistole e/o esplosivo guidato piastra impatto esperimenti sono stati utilizzati per studiare la rigidità dinamica e altri fenomeni come spallazione, o fase di trasformazione che si verifica con molto alta velocità di deformazione (105-10 7/s)16,17,18,19,20,21,22, o combinazioni di pressioni elevate e caricamento dinamico. Abitualmente, piastra impatto esperimenti riguardano il lancio di una piastra di flyer trasportato da un sabot inizialmente alla culatta-fine della gas-pistola, che poi viaggia lungo la lunghezza della canna del fucile e fatta entrare in collisione con una piastra bersaglio fermo accuratamente allineate alla alloggiamento di effetto. A causa dell'impatto, normale e/o combinato di pressione e sollecitazioni di taglio vengono generati dall'interfaccia flyer/destinazione, che viaggiare attraverso le dimensioni spaziali delle piastre come onde di sforzo longitudinale e trasversale longitudinale e/o combinato. L'arrivo di queste onde sulla superficie posteriore della piastra bersaglio influenzano la velocità istantanea di particella superficie libera della piastra bersaglio, che viene monitorata in genere tramite tecniche interferometriche. Al fine di consentire l'interpretazione della velocità delle particelle misurate contro storia del tempo, è necessario che le onde piane con un frontale parallelo alla superficie di impatto generato all'impatto14,23. Per assicurare l'impatto ex, deve avvenire con un angolo di inclinazione di impatto sull'ordine di meno di un milli-radian12,24, con superfici di impatto di planarità meglio di un paio di micrometri5,25.
Gli esperimenti di impatto di piastra sono stati adattati per includere elementi che consentono indagini di comportamento materiale per estendere in Termomeccanica estremi26,27,28,29riscaldanti. Questi adattamenti di solito comportano l'aggiunta di una bobina di induzione, o di un elemento riscaldatore resistivo per la destinazione-fine del gas-cannone; anche se questi adattamenti sono stati indicati per essere sperimentalmente fattibile, l'approccio intrinsecamente porta a speciali sfide sperimentali che richiedono attente considerazioni. Alcune di queste complicazioni sperimentali includono dilatazioni termiche differenziali dei vari costituenti della Assemblea del supporto di destinazione e/o apparecchio di allineamento durante il riscaldamento la piastra target (campione), che richiede regolazioni di allineamento in tempo reale, solitamente eseguite con strumenti di allineamento comandati a distanza con un feedback continuo per mantenere la tolleranza di parallelismo cruciale tra il campione e piastra bersaglio. Nel caso di regime sperimentale dell'impatto di piastra pressione-shear, riscaldamento del campione richiede grigliati polimero convenzionale sostituito dal grigliati metallici ad alta temperatura resistente al fine di monitorare la velocità trasversale delle particelle sulla superficie libera della piastra segnale. Inoltre, riscaldamento del campione può aggiungere limitazioni alla velocità di impatto che possono essere impiegati in taluni regimi sperimentale, come nel ceppo alto tasso combinato configurazione di impatto piastra di pressione e accoppiamento, dove le considerazioni speciali possono essere richiesti per evitare un'interpretazione inequivocabile dei risultati sperimentali, che sono calcolati utilizzando l'impedenza acustica della parte anteriore e posteriore destinazione piastre che può essere dipendente dalla temperatura. Infine, altre azioni sperimentali, che richiedono un target piatto con finestra ottica, tolleranze tra il campione, bond strato, e/o rivestimenti diventati sempre più difficili da mantenere alle alte temperature19.
Per alleviare le sfide sperimentali citate sopra, abbiamo fatto adattamenti personalizzati alla esistente monostadio gas-pistola situato a Case Western Reserve University (CWRU)7,30,31,32 . Queste modifiche permettono campioni di metallo sottili tenuti presso il front-end di un sabot resistente al calore per essere riscaldato a temperature superiori ai 1000 ° C, prima della cottura, che consentono ad alta temperatura normale e/o combinata pressione-shear esperimenti di impatto piastra per essere condotto. In contrasto con la maggior parte degli approcci convenzionali impiegate per studi di impatto piastra di temperatura elevata, questo metodo ha dimostrato di alleviare molte delle sfide sperimentale descritte in precedenza. Ad esempio, questo approccio è stato utilizzato per realizzare concretamente gli angoli di inclinazione di meno di un milli-radian senza la necessità di distanza inclinazione regolazione30, o elementi ottici supplementari per monitorare i cambiamenti di inclinazione durante l'esperimento. In secondo luogo, poiché il target piatto rimane a temperatura ambiente, questo metodo non richiede la necessità di speciali ad alta temperatura resistente reticoli olografici per la misurazione della velocità trasversale delle particelle in esperimenti di impatto obliquo; Inoltre, maggiore velocità di impatto può essere utilizzata senza il rischio di cedere il bersaglio del piatto e quindi, ridurre la complessità nell'interpretazione dei risultati sperimentali. Per aggiungere, questo approccio può essere utilizzato per eseguire esperimenti di impatto inverso-geometria normale piastra ad alta temperatura che forniscono rapporti noi-Up per un materiale campione di scelta. Questi possono essere ottenuti tramite tecniche di adattamento di impedenza, o in aggiunta, un'analisi del ventilatore rarefazione dalla parte posteriore del campione che trasportano informazioni riguardanti cambiamenti nella velocità di scossa del campione durante lo scarico33,34 . Nella configurazione dell'impatto temperatura elevata combinata pressione-taglio piatto, questo approccio consente la rigidità dinamica di film sottili per essere studiati fino ad una temperatura vasta fascia di deformazione plastica e strain-rate fino a 107/s a seconda lo spessore del campione sottile16,27,29.
Vi presentiamo i protocolli necessari per l'esecuzione di un esperimento di impatto di temperatura elevata tipica piastra discusso sopra. Seguirà una sezione dedicata al rappresentante risultati ottenuti con la tecnica attuale. Infine, una discussione dei risultati sarà presentata prima una conclusione.
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Protocol
1. campione e preparazione del materiale di destinazione
Nota: Nel seguente protocollo, ci saranno i dettagli i passaggi necessari per preparare i materiali del campione e di destinazione, che verranno successivamente utilizzati in un esperimento di impatto piastra normale geometria inversa. In questa configurazione, una lastra di flyer (anche il campione), contenuta nella parte anteriore di un sabot, sarà lanciata tramite una pistola a gas monostadio e reso all'impatto una piastra bersaglio fermo alloggiata nella camera di destinazione della pistola a gas. Un tipico gruppo di piastra di flyer e destinazione descritto nel protocollo seguente è rappresentato schematicamente nella Figura 1.
- Sezione una barretta di alluminio policristallino commerciale purezza 99,999% in dischi che verranno successivamente utilizzati come le piastre di flyer (campioni).
Nota: Questo può essere fatto utilizzando una sega a bassa velocità per evitare alte temperature e tensioni residue nel pezzo da lavorare. - Affrontare e girare i dischi di esempio su un tornio per un diametro di 76 mm e spessore di 5,6 mm.
- Eseguire tre fori equidistanti 5 mm di diametro su un cerchio di grassetto diametro 62 mm sui dischi del campione, che verrà successivamente utilizzato per fissare i campioni per il sabot.
- Macinare entrambi i lati delle piastre campione al fine di ottenere una tolleranza di planarità e parallelismo di quasi 10 µm sopra il diametro dei campioni.
- Eseguire un giro grezzo sulle superfici campione piatto utilizzando una macchina commerciale di lappatura con granulometria relativamente grossolana (10-20 µm).
Nota: Un peso può essere aggiunto in questo passaggio fino a raggiungono le superfici lappate un grigio anche opaco, che indica l'uniformità in tutto il diametro del disco. - Pulire accuratamente i campioni lappati utilizzando etanolo per rimuovere eventuali particelle residue e olio minerale. Quindi, polacco entrambe le superfici delle piastre campione utilizzando pasta di diamante 1 µm su un panno di lucidatura.
- Verificare la planarità dei campioni osservando bande luminose attraverso un piatto ottico a contatto con la superficie di interesse sotto una sorgente luminosa monocromatica verde16.
Nota: Planarità può essere quantificata osservando la curvatura delle bande luce sulla superficie del campione, o contando il numero di bande attraverso il diametro come mostrato nella Figura 2.- Mossa-il passaggio successivo se bande di luce 3 o meno è visti attraverso il diametro di campione che indica che una planarità di circa 2 µm. in caso contrario, ripetere i passaggi da 1.4.1 - 1.4.3 fino a 3 bande di luce o meglio è raggiunto.
- Eseguire un giro grezzo sulle superfici campione piatto utilizzando una macchina commerciale di lappatura con granulometria relativamente grossolana (10-20 µm).
- Ripetere i passaggi da 1.1-1.3 per fabbricare le piastre di destinazione. Sezione di una canna di lega di precipitazione indurito (alta resistenza) (Tabella materiali) in dischi e poi macchina questi ad un diametro di 25 mm e spessore di 7 mm. Infine, macinare entrambi i lati piatto per circa 10 µm.
- Giro entrambe le superfici delle piastre destinazione su una macchina lappatura utilizzando polvere di allumina 15 µm in olio minerale fino a raggiungere le superfici un aspetto grigio anche opaco.
Nota: Un'equivalente granulometria del liquame diamante utilizzabile per ottenere tassi più veloci di rimozione e la superficie migliore modo riflessivo. Inoltre, i pesi possono essere utilizzati. - Ripetere il punto 1.4.2.
- Verificare la planarità delle piastre destinazione ripetendo il passaggio 1.4.3. Se si osservata 1 banda luminosa o meglio procedere al passaggio successivo. In caso contrario, ripetere i passaggi 1.4.1 - 1.4.3 finché non si ottiene 1 banda luminosa o meglio. Se reticoli olografici sono necessari, procedere al passaggio 1.5.4, altrimenti passare al punto 1.6.
- Giro entrambe le superfici delle piastre destinazione su una macchina lappatura utilizzando polvere di allumina 15 µm in olio minerale fino a raggiungere le superfici un aspetto grigio anche opaco.
- Utilizzare una procedura simile come descritto nel passaggio 1.1-1.3 per fabbricare l'anello di alluminio.
- Sezione di un tubo di alluminio con i diametri interno ed esterno di 41 mm e 32 mm, rispettivamente, ad anelli e poi affrontare i lati ad uno spessore di 7 mm.
- Trapano sei equidistanti slot di diametro di 3 mm su un cerchio di bullone di diametro 34,5 mm. Questi saranno poi casa tensione Sei prevenuto rame perni, che consentiranno di inclinazione misurazioni da effettuare al momento dell'impatto.
- Macinare, lap, pulire e lucidare entrambe le superfici degli anelli in alluminio utilizzando le procedure descritte al punto 1.4.
- Aderire la piastra bersaglio piatto per l'anello di alluminio usando una miscela di resina epossidica due parti su un piatto di fissaggio rig come mostrato nella Figura 3. Consentire la resina epossidica curare una notte a temperatura ambiente.
Nota: Le due parti sono fissate ad una fase d'acciaio piana utilizzando tre viti che sono delicatamente stretto affinché le pressioni applicate sull'obiettivo e l'anello di impediscono che la resina epossidica fuoriuscita verso l'esterno a mano.- Rimuovere qualsiasi adesivo avanzi dalle fessure radiali o dalla superficie delle piastre utilizzando acetone.
- Inserire l'assembly di destinazione piastra/alluminio anello anello POM.
Nota: Il disco POM sarà successivamente montato su-a un titolare di destinazione con gradi di libertà rotazionale, che consentirà l'allineamento dei materiali di prova all'interno della canna del fucile. - Segnare la posizione dei sei spazi radiale sul gradino interno dell'anello POM e sei fori di thru-spessore nei punti contrassegnati.
- Sezione 6 rame perni da un rocchetto di 15 AWG smaltato filo di rame con la lunghezza di ~ 50 mm e rimuovere l'isolamento smaltato strato da due di loro. Premere i perni nelle fessure un reticolo simmetrico: due pin di terra sono posizionati in luoghi opposti del cerchio. Spingere i perni attraverso le fessure e lasciare che sporge verso l'esterno dalla superficie dell'anello di circa 2 mm.
Nota: I perni vengono utilizzati per misurare l'angolo di inclinazione e forniscono il segnale di trigger. - Bent-estremità dei perni di rame sulla superficie posteriore dell'anello POM utilizzando resina epossidica extra fast-impostazione di aderire.
- Utilizzare una miscela di resina epossidica di bassa viscosità due parti per sigillare il divario tra l'anello di alluminio e la parete interna dell'anello POM. Consentire la resina epossidica curare una notte a temperatura ambiente.
- Rimuovere l'eccesso di 2 mm di rame perni sporgenti dalla superficie dell'anello in alluminio. Prima sezione l'eccesso perni con un utensile rotante e poi sabbia il restante fino alla superficie con carta abrasiva 300 sabbia bagnata, fino a quando i perni sono quasi a filo sulla superficie dell'anello in alluminio.
- Giro, pulire e lucidare l'intera Assemblea ripetendo i passaggi 1.4.1-1.4.3. Garantire che l'intero assemblaggio lappata è piatta entro 2-3 bande luminose.
- Saldare le estremità dei perni di rame sei sulla superficie posteriore dell'anello POM e montare l'anello POM al titolare di destinazione utilizzando quattro perni POM diametro 6,35 mm.
2. montaggio del Sabot resistente al calore personalizzato
- Raccogliere i componenti di assemblaggio per il sabot resistente al calore, illustrato nella Figura 4.
- Allegare un golfare all'estremità inferiore del tappo in alluminio e garantire una tenuta o-ring e un PTFE chiave nelle scanalature della PAC.
Nota: La chiave e l'o-ring sono utilizzati per prevenire l'inclinazione e la rotazione del sabot durante il suo viaggio giù la canna del fucile.- Tirare il filo di termo-coppia attraverso il foro sul fondo del tappo e fissare il filo di termo-coppia in un connettore.
- Aderire il cappuccio per il back-end e il silicato di allumina completamente licenziato tubo di Lava rock per il front-end del tubo di alluminio mediante resina epossidica impostazione rapida due-parti.
- Estrarre la sonda termo-coppia attraverso il foro nel supporto del campione della lega di acciaio per utensili 76,2 mm diametro H13.
- Aderire il portacampioni H13 per il front-end del tubo di Lava utilizzando cemento ad alta temperatura, o adesivo equivalente ad alta temperatura.
- Applicare il cemento ad alta temperatura intorno a 25 mm di diametro e 3 mm spessore Lava disco seduto sulla cima il foro concentrico di diametro interno thru-spessore 19 mm del titolare H13. Lasciare che il cemento ad alta temperatura per asciugare durante la notte a temperatura ambiente.
- Fissare il campione a H13 portacampioni con tre viti di allumina e garantire che la planarità del campione non cambia utilizzando il protocollo descritto in 1.4.3.
3. montaggio dei materiali Test entro la pistola a Gas
- Pulire la superficie anteriore del campione e destinazione con alcool isopropilico e quindi utilizzare nastro per garantire la primi superfici specchi alla superficie di ciascuna.
- Avvitare una fase di movimento a 3 assi su un asta d'espulsione sopra la pistola barile all'interno della camera di impatto e fissare il supporto del prisma che trasportano un prisma ottico di precisione sul palco.
- Tirare una corda attraverso la canna del fucile e collegare la corda per il sabot tramite il golfare sul cappuccio di alluminio.
- Inserire il sabot in canna del fucile con il campione che si affaccia verso la camera di impatto e inserire l'Assemblea del supporto di destinazione nella camera di destinazione, il campione di fronte.
- Allineare la posizione del bersaglio regolando i quattro perni di posizionamento POM finché lo specchio prima superficie sulla destinazione non è allineato allo specchio prima superficie sul campione.
- Eseguire un allineamento grezzo del parallelismo tra le piastre di campione e di destinazione utilizzando una lampadina diffusa e uno specchio riflettente. Regolare la fase fino a una singola immagine riflessa continua della lampadina può essere visto da tutte le superfici sul prisma di allineamento.
- Utilizzare un auto-collimatore24 per ottenere l'allineamento fine.
- Regolare la fase fino a quando l'immagine riflessa della Croce dalla parte posteriore del prisma è allineato con l'immagine riflettuto dallo specchio prima superficie sul campione.
- Regolare l'assembly di destinazione agendo sulle viti di posizionamento del supporto di destinazione fino a che l'immagine riflessa della Croce dalla parte posteriore del prisma è allineato con l'immagine riflettuto dallo specchio prima superficie sulla destinazione.
- Rimuovere gli specchietti di prima superficie dal campione e destinazione. Anche rimuovere lo specchio riflettente, Prisma, prisma e la fase di regolazione dalla camera di impatto.
- Tirare il sabot alla culatta-fine della pistola a gas utilizzando la corda e quindi rimuovere la corda dal tappo.
- Lasciare ~ 2,5 mm distanza tra il sabot e la testa del riscaldatore e di conseguenza regolare la lunghezza delle viti che impediscono il movimento posteriore del sabot verso la culatta.
- Collegare la termo-coppia per il monitor di diagnostica di temperatura.
Nota: Il filo di termo-coppia all'estremità di monitor di temperatura è stato messo all'interno della canna attraverso il tubo vuoto utilizzando un passante.
4. Schema di montaggio e allineamento del sistema diagnostico basato su Laser
- Mettere due ancoraggi filettati nei fori sul retro del titolare sonda del focheggiatore. Serrare le due viti attraverso le ancore fino a raggiungere il POM per consentire la libertà di cambiare l'angolo del fascio incidente.
- Praticare un foro passante-spessore sulla parte inferiore del titolare sonda del focheggiatore e fissarlo su un magnete cilindrico filettato.
- Tirare una sonda del focheggiatore di fibra ottica attraverso un tubo di alluminio e colla la sonda per il tubo di alluminio mediante l'applicazione di resina epossidica extra fast-set intorno la testa della sonda e la punta del tubo in alluminio. Spingere la testa della sonda come attaccante nel tubo come possibile, ma assicuratevi di lasciare la lente della sonda dalla resina epossidica. Attendere che la resina epossidica extra fast-set è indurita.
- Collegare il focheggiatore ottico al tutto-fibra-ottica NDI/TDI interferometro31e collocare il gruppo focheggiatore del supporto di destinazione puntando verso la superficie posteriore dell'obiettivo.
- Accendere il laser, in questo caso una fibra Erbio 2W accoppiata laser, a 0.2-0.4 W di potenza. Successivamente, regolare la posizione della sonda focheggiatore utilizzando le viti fissate sull'assembly focheggiatore finché non corretto accoppiamento luce è raggiunto e il segnale acquisito è ottimizzato.
- Regolare l'accoppiatore di rapporto variabile per abbinare l'intensità di riferimento e Doppler-spostato luce fino a quando il segnale mostrato nell'oscilloscopio è ottimizzato.
Nota: Se movimento trasversale diagnostica è necessari, fare riferimento ai passaggi 4.5-4.6. - Mettere due ancoraggi filettati nei fori sul retro del titolare del focheggiatore POM e quindi serrare le due viti attraverso le ancore fino a sfiorare il POM.
- Praticare un foro passante-spessore sulla parte inferiore del titolare sonda del focheggiatore e fissarlo su un magnete cilindrico filettato.
- Tirare una sonda di collimatore di fibra ottica attraverso un tubo di alluminio e colla la sonda per il tubo di alluminio mediante l'applicazione di resina epossidica extra fast-set intorno la testa della sonda e la punta del tubo in alluminio. Spingere la testa della sonda come attaccante nel tubo come possibile, ma assicuratevi di lasciare la lente della sonda dalla resina epossidica. Attendere che la resina epossidica extra fast-set è indurita.
- Ripetere i passaggi precedenti in 4.4 a fare due assemblee e metterli nella camera di impatto.
- Regolare le posizioni e gli angoli dei collimatori di fibra ottica ricevente con il magnete e le due viti sul supporto POM fino a quando l'intensità del primo-ordine diffratte travi misurate con i monitor di potere è ottimizzato.
- Scollegare l'alimentazione del monitor e collegare i due collimatori riceventi al TDI tutti-fibra-ottica interferometro31.
5. esecuzione degli esperimenti di impatto di alta temperatura geometria inversa piastra normale/pressione-Shear
- Fissare la flangia primaria stringendo i quattro morsetti su all'ingresso della camera di impatto e quindi chiudere la camera utilizzando una pellicola di poliestere serrata ad una flangia secondaria.
- Aumentare la pressione della guarnizione a ~ 207 kPa e quindi chiudere la pistola a gas alla culatta-fine serrando le viti della flangia.
- Accendere la pompa del vuoto-culatta e poi accendere la pompa del vuoto camera-end destinazione.
- Assicurarsi che non ci sia nessun movimento del sabot verso la camera causato dalla differenza di pressione tra la parte anteriore e parte posteriore del sabot. Attendere fino a quando la camera viene evacuata ad una pressione inferiore a 100 mTorr.
- Accendere il sistema di misurazione basati su laser-ampiezza sabot velocità di impatto.
- Spostare l'apparecchio verso il basso per la posizione segnata e accendere la stufa. Aumentare la temperatura del riscaldatore con incrementi di 100 ° C fino a quando viene raggiunta la temperatura desiderata del campione.
- Pressurizzare l'infornamento dump camera a ~ 1103 kPa e la camera di carico ad un livello desiderato a seconda della scelta velocità di impatto. Inoltre, proteggere il catcher sabot per l'alloggiamento di effetto.
- Spegnere il riscaldatore e spostare immediatamente il riscaldatore verso l'alto verso il riscaldatore-pozzo. Registrare la temperatura visualizzata sulla temperatura del monitor di diagnostica misurata dalla termocoppia sabot presso la superficie del campione.
- Immediatamente aprire la valvola di tenuta e rilascio il dump di infornamento da camera una volta che la pressione della guarnizione scende a zero.
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Representative Results
Un 82,5 mm Canneggio, 6 metri di lunghezza, pistola a gas monostadio a CWRU capace di accelerare 0,8 kg proiettili a velocità fino a 700 m/s è stato usato nella conduzione di esperimenti attuali. La figura 5 Mostra una fotografia della struttura modificate-pistola a gas a CWRU. Prima della cottura, il sabot personalizzato progettato è ospitato all'interno del pezzo di estensione riscaldatore, illustrato nella Figura 6. Il pezzo di estensione trasporta una verticale riscaldatore-pozzo consentendo un riscaldatore di bobina resistivi per muoversi dentro e fuori il percorso del sabot. Questa bobina di riscaldamento consente la lastra di flyer contenuta nella parte anteriore del sabot da riscaldare tramite radiazione gratis sotto vuoto per le temperature di prova desiderata. Il sabot è progettato per trasportare la piastra riscaldata flyer limitando il flusso di calore dalla piastra flyer nel corpo sabot, così ridurre il rischio di sequestro del sabot dovuto all'espansione termica possibile del corpo sabot. Il design personalizzato sabot è rappresentato schematicamente nella Figura 7. La chiave per la progettazione è il tubo isolante in ceramica, realizzato da silicato di allumina completamente cotto, scelto per la sua bassa conducibilità termica, bassa dilatazione termica e resilienza eccellente rispetto ad altri disponibili in commercio ceramiche lavorabili. Quando raggiunge la temperatura di prova desiderata, la testa del riscaldatore è spostata fuori dal percorso del proiettile e ospitata all'interno del riscaldatore-pozzo manualmente. Appena prima di sparare la pistola a gas, la temperatura del campione viene registrata tramite una sonda termocoppia collegata alla parte anteriore della piastra flyer. Per questo particolare esperimento, la velocità del proiettile è circa 100 m/s, inoltre, assumendo una accelerazione costante, dura poco più di un decimo di secondo per il proiettile per raggiungere l'obiettivo, quindi, la temperatura registrata appena prima della cottura è crede di essere una buona stima per la temperatura del campione iniziale al momento dell'impatto. Successivamente, viene eseguito il protocollo di infornamento. Quando la pressione della guarnizione in culatta raggiunge la pressione atmosferica, e la pressione di infornamento è oggetto di dumping nella discarica di infornamento dell'alloggiamento, il pistone mantenendo una guarnizione tra la canna di pistola e camera di carico è spostato all'indietro. Questo consente per gas ad alta pressione di flusso verso l'esterno dalla culatta e lanciare il sabot rapidamente. Il sabot viaggia lungo la lunghezza della canna del fucile e fatta all'impatto con la piastra bersaglio fermo presso la camera di impatto.
Il sabot personalizzato progettato consente la piastra volatile per essere normale o inclinata rispetto all'asse di movimento. Figura 8 e Figura 9 schematicamente Mostra la lastra normale e obliqua inversa configurazioni di impatto, rispettivamente; Tuttavia, solo la configurazione di impatto inverso normale piastra è descritta nel presente manoscritto. La figura 10 Mostra una fotografia di un'Assemblea del supporto di destinazione tipici utilizzato in questi esperimenti. I gradi di libertà rotazionale abilitare preciso allineamento della piastra bersaglio alla piastra flyer. L'allineamento viene eseguita utilizzando un prisma lavorati di precisione in combinazione con un autocollimatore, come rappresentato schematicamente nella Figura 11. Durante l'allineamento, travi parallele dall'autocollimatore riflettono fuori la superficie del prisma, destinazione e piastra flyer; un terzo fascio riflette la superficie interna del prisma. I raggi riflessi rimangono parallele se e solo se le superfici delle piastre di flyer e destinazione sono paralleli tra loro e perpendicolari alla superficie posteriore del prisma. Le travi parallele in arrivo poi convergono per formare una singola immagine sul reticolo di autocollimatori che significa che le superfici siano allineate.
Per lo schema di impatto inverso piastra normale, al momento dell'impatto, sollecitazioni normali vengono generati nell'interfaccia di flyer/destinazione che viaggiare attraverso le dimensioni spaziali delle piastre come un'onda di sollecitazione longitudinale con un fronte parallelo alla superficie di impatto (a condizione che la planarità e parallelismo tolleranze sono stati soddisfatti). Al momento dell'impatto, i perni di tensione-biased vengono a contatto con la piastra metallica flyer trasportata dal sabot, creazione di un percorso a terra. I segnali dai perni in corto sono monitorati attraverso il circuito di acquisizione di inclinazione, digitalizzati e quindi registrati attraverso un oscilloscopio. Questi segnali forniscono informazioni quantitative riguardanti l'inclinazione massima a impatto, come pure, il piano di inclinazione e inoltre forniscono un impulso di trigger per l'oscilloscopio iniziare la registrazione di segnali dalla diagnostica di movimento normale. Nello studio presente, un in-house-costruito tutte le fibre ottiche base combinato normale e interferometro di spostamento trasversale viene utilizzato per monitorare il movimento di superficie libero dell'obiettivo (Figura 12). Figura 13 Mostra i dati grezzi, registrati durante un esperimento di impatto normale piastra successo geometria inversa. I dati in questa trama consentono all'utente di confermare che il protocollo indicato in precedenza è stato eseguito correttamente. In rosso è il segnale fornito dal circuito di acquisizione di inclinazione. Per questo esperimento, la differenza di tempo tra il corto circuito dei perni tensione prima e l'ultima parte è di circa 180 ns, che indica che la distanza tra il primo e l'ultimo punto di contatto durante l'impatto è stato di circa 18 µm (dato che il proiettile Abbiamo viaggiato a 100 m/s), così l'inclinazione massima al momento dell'impatto misurato lungo la circonferenza di 34,5 mm era circa 0.52 mrad. Se il protocollo di allineamento non viene eseguito in modo soddisfacente, risulterebbe rispettato, in un tempo molto più grande di inclinazione e un livello di inclinazione maggiore di mrad un paio potrebbero arrotolate il profilo di onda d'urto misurata sulla superficie libera. Un'altra indicazione di un esperimento riuscito è la differenza di tempo tra il primo pin cortocircuitati e l'arrivo dell'onda longitudinale la superficie libera della piastra bersaglio. L'onda di stress generata alle corse di impatto a velocità costante, purché il target piatto rimane elastico. Per l'asta della lega utilizzata in questo studio, la velocità dell'onda longitudinale è circa 5820 m/s, quindi conoscendo lo spessore del bersaglio, 7 mm, suggerisce che l'onda longitudinale dovrebbe arrivare circa 1,2 µs dopo l'impatto. In Figura 13, l'arrivo dell'onda sollecitazione longitudinale è contrassegnato da una rapida variazione beat di frequenza e l'ampiezza del segnale acquisito dalla diagnostica di movimento normale. Ritardato arrivo dell'onda longitudinale stress potrebbe indicare una grande inclinazione, anelasticità della piastra o preparazione assemblaggio improprio destinazione.
Figura 14 Mostra lo schema dello stress diagramma di velocità della particella per un esperimento di piastra-impatto di compressione generale scossa normale in cui sia il volantino pre-riscaldato e la piastra di destinazione possono subire deformazione elasto-plastica al momento dell'impatto. I loci di tutti gli Stati di velocità di stress/particella per il target piatto sotto sforzo monoassiale è rappresentata dalla curva nera passando attraverso l'origine, mentre i loci di tutti gli Stati di velocità di stress/particella per il flyer è rappresentata dalla curva nera che interseca l'asse di velocità delle particelle presso la velocità del proiettile. La curva rossa che interseca l'asse di velocità delle particelle presso la velocità del proiettile è destinata a illustrare il possibile effetto della temperatura sul luogo degli Stati per l'esempio. Per un impatto contro un campione di temperatura ambiente, nell'interfaccia di campione/destinazione la piastra bersaglio si muove da uno stato non-caricato (1), un stato caricato (3), seguendo la linea trattino-punto (linea Raleigh) con una pendenza pari all'impedenza longitudinale della piastra bersaglio materiale allo stato (3), mentre il piatto del campione si sposta da uno stato scaricato (2) un stato caricato (3), seguendo la linea di Raleigh con una pendenza pari all'impedenza longitudinale del campione a stato (3). L'intersezione tra queste due linee rivelano il massimi stati di stress e velocità conseguibili mediante accoppiamento di impedenza durante questo esperimento nell'interfaccia di campione/destinazione. Inoltre, gli Stati di stress/particella velocità presso l'effetto di interfaccia di campione/destinazione afferma la velocità delle particelle sulla superficie libera del target piastra, questo mostrato come stato (4). Impatto contro un campione con una bassa impedenza acustica longitudinale, si tradurrebbe in un cambiamento negli Stati realizzabili nell'interfaccia di campione/destinazione da (3) a (5) e di conseguenza, a superficie libera del bersaglio da (4) a (6), così, questo dimostra come lievi modifiche nell'impedenza acustica longitudinale del campione sono rilevabili mediante il monitoraggio della velocità delle particelle a superficie libera della piastra bersaglio.
Nota, che la velocità delle particelle a superficie libera di destinazione è almeno due volte quella della velocità delle particelle presso l'interfaccia di campione/destinazione, ma questo fattore cambia in funzione della velocità di propagazione dell'onda in plastica, di conseguenza, lo stato di tensione al campione / interfaccia della destinazione è stimato utilizzando7
dove 
è un intervallo di tempo discretizzata rappresentato come 
, dove h è l'inverso della frequenza di campionamento dell'oscilloscopio (2,5 x 10 10/s), 
dove L è lo spessore della piastra bersaglio e 
è una velocità dipendente dalla sollecitazione media di plastica propagazione nella piastra di destinazione misurata sulla superficie libera a tempo . 
, e 
sono la velocità di onda longitudinale densità ed elastica della piastra bersaglio rispettivamente, e 
è la velocità delle particelle misurate a superficie libera della piastra bersaglio. Inoltre, dalla particella superficie libera misurata velocità corrispondente all'altopiano di velocità (stato (3)), l'impedenza acustica longitudinale del volantino (esempio) può essere stimata utilizzando32
Figura 15 Mostra la traccia di velocità di superficie libera delle particelle ottenuta dalla diagnostica di movimento normale. Questa traccia si manifesta inizialmente un relativamente forte aumento nella velocità legati alla dinamica dell'impatto, seguita da un altopiano risultante da una corrispondenza di impedenza tra le piastre flyer e destinazione, che è sostenuto attraverso la durata dell'esperimento. L'aumento di velocità iniziale riguarda direttamente la forza dinamica e incipiente flusso plastico del materiale piastra bersaglio, mentre, la velocità dell'altopiano di scossa è collegata con la corrispondenza di impedenza tra le piastre di destinazione e flyer. La figura mostra chiaramente progressivamente decrescenti le velocità delle particelle presso l'altopiano di velocità di fronte d'onda e delle particelle in funzione dell'aumento della temperatura, suggerendo possibili addolcimento termico e/o monotono decrescente impedenza longitudinale di il materiale del campione con la temperatura.
Un risultato più interessante può essere visto in Figura 16, che mostra da che la traccia di velocità normale particella superficie libera ottenuta inversa la geometria normale piastra impatto esperimenti condotti su magnesio policristallino purezza commerciale. Allo stesso modo, a Figura 15, Figura 16(a) Mostra monotono decrescente le velocità delle particelle presso l'altopiano di scossa con aumento delle temperature nella gamma di 23 – 610 ˚ c, tuttavia, a temperature di là di questo livello (cioè, 617, 630 ˚ c), un inversione di questa tendenza può essere osservato chiaramente. Questo aumento di velocità delle particelle suggerisce un aumento l'impedenza di shock del materiale campione, inoltre, supponendo che le costanti elastiche del materiale diminuiscono in funzione dell'aumento della temperatura, quindi un aumento di impedenza di shock, in questo caso, suggerisce un aumento del carico di snervamento e/o plastica modulo del materiale campione. Guardando attentamente Figura 16(b) può essere visto che l'aumento della velocità delle particelle presso l'altopiano di scossa è accompagnata da un aumento dei livelli di velocità delle particelle in tutto l'aumento iniziale della traccia di velocità delle particelle, che correla con la livelli di stress all'interfaccia campione/destinazione durante l'incipiente plasticità del materiale campione. Figura 17 Mostra micrografie delle sezioni trasversali della superficie dei campioni post-impatto. Le immagini mostrano due effetti notevoli sulla microstruttura a causa di aumento della temperatura. In primo luogo, le immagini mostrano grano maturazione con aumento della temperatura del campione, che è previsto. Tuttavia, le immagini mostrano anche un cambiamento nelle formazioni di banda doppia, che si manifestano come caratteristiche tabulare o linee con un'ampiezza finita che tagliano grani. Guardando attentamente le immagini corrispondenti a temperature che vanno dai 23 – 500 ° c, una chiara riduzione nelle bande di gemelli sono osservati con l'aumento della temperatura. Tuttavia, a temperature più alte (cioè, 610, 617, 630 ˚ c) una re-emersione di queste bande di twin sono osservati, che suggerisce che la formazione di bande doppia è favorita a quest'ultimo-fine di questo intervallo di temperatura. Poiché la deformazione plastica in magnesio è accomodato attraverso meccanismi di competizione di doppia banda Formazioni e slittamento, è plausibile che la formazione del gruppo favorito doppia osservata presso il più alto caso di temperatura di prova suggerisce che slittamento è diventato più difficile in queste condizioni.
Figura 1: schematico di un assembly di piastra piastra e destinazione tipica flyer. Questa figura mostra un semplice schematica delle assemblee piastra flyer e destinazione utilizzate in una configurazione sperimentale presente. Un approfondito protocollo per la preparazione di queste parti sono dettagliate nei passaggi 1.1-1.7. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: fotografia del metodo di misurazione planarità. Questa figura mostra la misura della planarità sulle piastre inserendo un'ottica sulla superficie di interesse sotto una luce monocromatica verde. Planarità possono essere quantificati (un) osservando la curvatura delle bande luce sulla superficie del campione, o (b) contando il numero di bande attraverso il diametro. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: fotografia di un piatto di fissaggio rig. Questa figura mostra la piastra di destinazione e l'anello di alluminio sono fissati ad una fase d'acciaio piana utilizzando tre viti che sono delicatamente stretto affinché le pressioni applicate sull'obiettivo e l'anello di impediscono che la resina epossidica fuoriuscita fuori a mano. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: fotografia dei componenti nella progettazione sabot. Questa figura mostra i componenti dell'Assemblea del personalizzato sabot resistente al calore. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: impianto di pistola a Gas a CWRU. Questa figura mostra una fotografia della struttura pistola a gas monostadio presso Case Western Reserve University. In rosso è l'usanza progettato sistema di riscaldamento che si accoppia con la canna del fucile esistente, e desiderato consente condizioni di temperatura per essere impartita a sabot. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6: schematica del sistema di riscaldamento. Questa figura mostra un disegno schematico del sistema di riscaldamento collegato a culatta pistola a gas monostadio ad alta pressione. Il pezzo di estensione personalizzata incorpora un riscaldatore-pozzo che ospita una bobina di riscaldamento resistivo tenuta su un gambo con assiale e rotazionale gradi di libertà. Questa bobina può muoversi in linea con il proiettile e campioni di metallo sottile calore tenuto nella parte anteriore del sabot a temperature superiori a 1000 ° C, prima della cottura. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 7: schematico di sabot resistente al calore. Questa figura mostra un disegno schematico del sabot utilizzato nella attuale configurazione sperimentale. Il tubo di silicato di allumina consente di ridurre il flusso di calore dal provino metallico sottile riscaldato al corpo sabot, riducendo così al minimo il rischio di grippaggio del sabot entro la canna del fucile a causa di possibile espansione termica del corpo sabot. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 8: schematico l'esperimento di impatto ad alta temperatura piastra normale inversa configurazione. Il sabot portando la piastra riscaldata flyer è spinto giù la canna del fucile e fatto entrare in collisione con l'assembly di destinazione. Al momento dell'impatto, perni lappati a filo con la piastra di destinazione forniscono impulso trigger e inclinazione diagnostica, mentre il movimento di superficie libero della piastra bersaglio viene monitorato tramite personalizzato costruito PDV. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 9: schematico dell'esperimento di impatto tipico piatto obliquo simmetrica. In questa configurazione, un piatto di flyer è inclinato rispetto all'asse di movimento, che al momento dell'impatto fornisce componenti sia normale e trasversale del movimento rispetto alla normale della superficie di impatto. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 10: fotografia di un gruppo di supporto tipica destinazione. Questa figura mostra del gruppo di supporto di destinazione tipici utilizzato per esperimenti di impatto o piastra normale o obliquo. L'assembly di destinazione indicato nel centro è collegato al titolare della destinazione tramite perni POM e gradi di libertà rotazionale permettono un allineamento preciso da effettuarsi. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 11: schema di allineamento prisma. Questa figura mostra un'illustrazione del regime di allineamento per le piastre di flyer e destinazione utilizzando un prisma di alta precisione ad angolo retto in combinazione con un autocollimatore. Un terzo fascio raggi paralleli (mostrati in rosso) dall'autocollimatore riflettono fuori la superficie del prisma, destinazione e piastra di flyer, riflette della superficie interna del prisma. Le travi riflesse (indicate in nero) mantengono il parallelismo dato che le superfici delle piastre di flyer e destinazione sono paralleli tra loro e perpendicolari alla superficie posteriore del prisma. Le travi parallele in arrivo convergono per formare una singola immagine sul reticolo dell'autocollimatore. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 12: disegno schematico del custom basato su tutte le fibre ottiche dislocamento normale e trasversale interferometro sistema combinato. Questa configurazione utilizza un PDV modificate, mostrati in blu, per monitorare il movimento normale della piastra bersaglio e illuminare un reticolo olografico a superficie libera del target, creazione ordine multiplo diffratte travi. Queste travi (solitamente primo ordine) possono essere accoppiate nuovamente dentro le fibre e combinate per creare variazioni di frequenza di battimento proporzionale al movimento trasversa della piastra bersaglio, questo è mostrato in rosso. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 13: dati non elaborati da un tipico piatto normale impatto esperimento. Questa figura mostra il segnale registrato ottenuto durante un esperimento di impatto normale piastra tipica geometria inversa. Mostrato in rosso è il segnale ottenuto dai perni tensione-polarizzato in corto fissati all'anello di alluminio durante l'impatto. La differenza di tempo tra il primo e l'ultimo pin cortocircuito dare una stima della massima inclinazione al momento dell'impatto, e l'ordine in cui sono in corto i pin abilitare le stime per quanto riguarda il piano di inclinazione da effettuarsi. Mostrato in nero è il segnale ottenuto da nostro diagnostica di movimento normale, qui le variazioni di frequenza di battimento sono legate al movimento normale della superficie libera della piastra bersaglio. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 14: Stress diagramma di velocità della particella per un esperimento di impatto piastra normale inversa configurazione. Questa figura mostra lo stress per un esperimento di impatto elevata temperatura piastra normale geometria inversa diagramma di velocità delle particelle. La curva centrato rispetto all'origine dettagli il locus di tutti gli Stati di stress realizzabile per la piastra isotropa, considerando la curva originari Dettagli0 V il locus di tutti per il materiale del campione a temperatura ambiente, inoltre, la curva rossa intersecanti Vo è destinato a mostrare il possibile effetto dell'aumento delle temperature. Al momento dell'impatto contro un campione di temperatura ambiente, il target piatto si sposta da uno stato non-caricato (1) un stato caricato (3), mentre, se impatto avviene contro un campione pre-riscaldato, l'obiettivo si muoverà dallo stato (1) allo stato (5), di conseguenza, spostando la superficie libera Stati di velocità di particelle da (4) a (6). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 15: record di velocità normale di superficie libera per l'attuale configurazione sperimentale. Questa figura mostra la traccia di particella superficie libera velocità ottenuta dalla diagnostica di movimento normale. Questa traccia si manifesta inizialmente un relativamente forte aumento nella velocità legati alla dinamica dell'impatto, seguita da un altopiano risultante da una corrispondenza di impedenza tra le piastre flyer e destinazione, che è sostenuto attraverso la durata dell'esperimento. L'aumento di velocità iniziale riguarda direttamente lo stress nel campione all'interfaccia flyer/destinazione come si evolve lo shock, mentre la velocità dell'altopiano di scossa è legata all'impedenza una partita tra l'obiettivo e il flyer piastre. Nel complesso, gli spettacoli di trama diminuendo le velocità delle particelle in tutto, con aumento delle temperature, e ciò suggerisce possibili addolcimento termico del materiale campione con le attuali condizioni di carico. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 16. Traccia di particella superficie libera normale velocità ottenuti da esperimenti eseguiti su magnesio policristallino purezza commerciale. (a) spettacoli monotonicamente decrescente le velocità delle particelle presso l'altopiano di scossa per le temperature che variano da camera a 610 ˚ c, tuttavia a temperature più elevate (617, 630 ˚ c), la tendenza è invertita. (b) dimostra che questo aumento di velocità delle particelle emerge anche l'aumento iniziale della traccia velocità delle particelle. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 17. Immagini di Microscala di una sezione trasversale post-dell'impatto testare i campioni. Le immagini mostrano due effetti notevoli sulla microstruttura del campione a seguito di aumento della temperatura. In primo luogo, le immagini mostrano grano maturazione con l'aumento della temperatura del campione, ma più interessante è il cambiamento nelle formazioni doppia banda, che si manifestano come caratteristiche tabulare o linee con ampiezza finita che tagliano grani. Per temperature che vanno dai 23 – 500 ° c, una diminuzione nella formazione di banda doppia possono essere osservate, tuttavia, quanto le temperature sono aumentate di là di questo punto (cioè, 610, 617, 630 ˚ c) una ricomparsa delle bande twin sono chiaramente osservato. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Discussion
Il metodo e il protocollo indicato sopra dettagliata la procedura per eseguire correttamente un esperimento di impatto piastra normale geometria inversa alle temperature elevate. In questo approccio, abbiamo apportare modifiche personalizzate la canna della pistola alla fine ad alta pressione (culatta) della pistola a gas esistente presso la Case Western Reserve University, per ospitare una bobina di riscaldamento resistivo con assiale e rotazionale gradi di libertà. Il sistema di bobina del riscaldatore resistivo permette esemplari di alluminio sottile, tenuti presso il front-end di un sabot riscaldatore resistente, di essere riscaldate per vicino a temperature di fusione (oltre 640 ° C), prima della cottura. Con il riscaldatore per alloggiamento adattamento accoppiato con un sabot resistente al calore, elevata temperatura piastra impatto esperimenti sono stati eseguiti senza la necessità di speciali considerazioni sperimentali, che sono tipiche quando si utilizza l'approccio convenzionale, come , la necessità per il telecomando regolabile in inclinazione con feedback in tempo reale per mantenere il parallelismo delle piastre flyer e destinazione durante il processo di riscaldamento. Nel complesso, il nuovo approccio riduce significativamente il numero di passi nella sezione protocollo, rispetto all'approccio convenzionale.
Nella sezione protocollo sperimentale, dettagliamo i passi necessari per: 1) preparazione del materiale campione e destinazione, dove le piastre flyer e destinazione sono accuratamente lavorate, lappato e lucidato, a entro le tolleranze di planarità e parallelismo necessaria per la generazione di onde piane con un fronte sufficientemente parallela alla superficie di impatto; 2) montaggio del sabot resistente al calore personalizzato in grado di garantire una piastra riscaldata campione, mitigando il flusso di calore nel corpo sabot e la canna del fucile. Inoltre, il sabot ospita una chiave, quali accoppiamenti a chiave-quella esistente nella pistola in botte per impedire la rotazione dell'assembly intero sabot durante il suo viaggio giù la lunghezza della canna del fucile. Infine, nei passaggi 3-5 abbiamo dettaglio il protocollo per l'allineamento delle piastre del campione e di destinazione prima di svolgere gli esperimenti, riscaldamento della piastra flyer (campione) e l'esecuzione degli esperimenti. Nella sezione successiva, abbiamo mostrato come la precisione del protocollo può essere verificata dai dati grezzi forniti nella Figura 1. Infine, presentiamo i risultati dalla piastra normale temperatura elevata successo esperimenti di impatto, che consentono le misurazioni di Stati di velocità di stress/particelle presso l'interfaccia di campione/destinazione, come pure, l'acustica longitudinale dipendente dalla temperatura impedenza del materiale campione.
Nel prossimo futuro, con opportune modifiche al design sabot, questo metodo dovrebbe attivare ancora più elevata temperatura piastra impatto gli esperimenti, che consentiranno il suo uso nel comportamento dinamico materiale di materiali di punto di fusione superiore nei pressi di sondaggio temperature di fusione. Data la versatilità di questo approccio, diverse configurazioni sperimentali serviranno per studiare il comportamento dinamico del materiale lineare. Ad esempio, temperatura elevata, esperimenti di impatto piastra geometria inversa possono essere opportunamente progettati per effettuare misurazioni di onda d'urto velocità in metalli all'aumento delle temperature, mentre gli esperimenti di pressione-taglio piatto impatto possono essere eseguiti per valutare rigidità dinamica alle grandi deformazioni e ultra-elevati tassi di tosatura.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Acknowledgments
Gli autori si desidera ringraziare il sostegno finanziario del dipartimento americano di energia attraverso la Stewardship scienza accademica alleanza DOE/NNSA (DE-NA0001989 e DE-NA0002919) nel condurre questa ricerca. Infine, gli autori vorrei ringraziare Los Alamos National Lab per la loro collaborazione a sostegno degli sforzi che subisce nel corso delle inchieste attuali e future.
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 |
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