Summary
Hier präsentieren wir Ihnen ein detailliertes Protokoll eines neuen Ansatzes für die Durchführung von erhöhter Temperatur umgekehrte normale Platte Auswirkungen und kombinierte Druck und Scherplatte Auswirkungen. Das Konzept beinhaltet die Verwendung einer Beckenendlage-End ohmsche Spule Heizung, eine Probe am Front-End-eine hitzebeständige Sabot auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen.
Abstract
Ein neuer Ansatz für die Durchführung von normalen bzw. kombinierte Druck-Shear Platte Auswirkungen Experimente bei Test Temperaturen bis 1000 ° C wird vorgestellt. Die Methode ermöglicht erhöhter Temperatur Platte wirkenden Experimente richtet sich sondieren dynamisches Verhalten von Materialien unter thermomechanischen Extreme, und mehrere spezielle Experimentelle Herausforderungen während der Durchführung ähnliche Experimente mit Hilfe des herkömmlichen Platte Auswirkungen Ansatzes. Benutzerdefinierte Anpassungen sind bis zum Verschluss-Ende einer einstufigen Gas-Pistole an der Case Western Reserve University; Diese Anpassungen umfassen eine Präzision bearbeitet Verlängerungsstück, hergestellt aus Stahl SAE 4340, die strategisch ausgelegt ist, die bestehenden Gewehrlauf zu Paaren, und bietet gleichzeitig eine hohe Toleranz übereinstimmen, der Bohrung und Nut. Das Verlängerungsstück enthält einen vertikale zylindrische Heizung-gut, beherbergt eine Heizeinheit. Einen resistiven Spule Heizung-Kopf, erreichen Temperaturen bis 1200 ° C ist mit einer vertikalen Stamm mit axial/Rotations Grad Freiheiten verbunden; Dadurch können dünne Metall Exemplare am Front-End-eine hitzebeständige Sabot gleichmäßig über den Durchmesser den gewünschten Test-Temperaturen erhitzt werden. Durch Erhitzen der Flyer-Platte (in diesem Fall die Probe) am Verschluss-Ende der Gewehrlauf anstelle von Ziel-Ende, können mehrere kritische Experimentelle Herausforderungen abgewendet werden. Dazu gehören: 1) schwere Veränderungen in der Ausrichtung der Zieltafel während der Erwärmung durch die thermische Ausdehnung der verschiedenen Bestandteile der Halter Zielbaugruppe; (2) Herausforderungen, die durch die Diagnose Elemente entstehen (i.e., Polymer holographische Gitter und Einkoppeloptiken) wird zu nah an der beheizten Zielbaugruppe; (3) Herausforderungen für Zieltafel mit einer optischen Fenster, wo entscheidende Toleranzen zwischen der Probe bond-Schicht, und immer schwieriger, bei hohen Temperaturen beizubehalten; (4) bei der Kombination Kompression-Shear Platte folgen Experimente, die Notwendigkeit einer Hochtemperatur-beständig Beugung Gitterroste für die Messung der transversalen Partikelgeschwindigkeit an der freien Oberfläche des Ziels; und 5) Beschränkungen auf die Aufprallgeschwindigkeit für eindeutige Interpretation der gemessenen freien Oberfläche Geschwindigkeit versus Zeitprofil durch thermische Erweichung und möglicherweise von den umgebenden Zieltafel nachgeben. Durch die Nutzung der oben genannten Anpassungen, präsentieren wir die Ergebnisse aus einer Reihe der umgekehrte Geometrie normaler Teller Auswirkungen Experimente auf kommerzielle Reinheit Aluminium in einer Probe Temperaturbereich. Diese Experimente zeigen abnehmende Teilchen Geschwindigkeiten im belasteten Zustand, die bezeichnend für Material weich sind (Abnahme der Post-Ausbeute Fließspannung) mit steigender Temperatur der Probe.
Introduction
In technischen Anwendungen unterliegen Materialien eine Vielzahl von Bedingungen, die statisch oder dynamisch in der Natur, gepaart mit hoher Verformung und Temperaturen im Bereich von Raum in der Nähe des Schmelzpunktes von sein kann. Unter diesen extremen thermomechanischen kann das Materialverhalten drastisch variieren; So wurden über fast ein Jahrhundert, mehrere Experimente ausgerichtet in Richtung sondieren das dynamische Verhalten und/oder andere Merkmale des Materialverhaltens während unter kontrollierten Regime1,2,3 Laden entwickelt , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14. für Metalle bei niedrigen bis mittleren Dehnraten (10-6-10 0/s) geladen, Servo-hydraulische oder Präzision Schraube universal Prüfmaschinen verwendet wurden, um die materielle Antwort zu studieren ausgesetzt zu verschiedenen Modi der Be- und Ebenen der Verformung. Aber als die angewandte Belastung erhöhen Preise jenseits der mittlere Dehnraten (i.e., > 102/s), andere experimentelle Techniken notwendig geworden, um das mechanische Verhalten zu untersuchen. Zum Beispiel bei Belastung Raten von 103/s bis zu 5 × 104/s Full-size oder miniaturisierte Split Hopkinson Druck Bars ermöglichen solche Messungen um8,15erfolgen.
Traditionell, leichten Gas-Pistolen und/oder explosionsartig angetriebenen Platte folgen Experimente verwendet worden haben, studieren die dynamische Inelastizität und andere Phänomene wie Spallation oder phase der Transformation, die mit sehr hohen Dehnraten auftreten (105-10 7/s)16,17,18,19,20,21,22, oder Kombinationen von hohem Druck und hoher dynamischer Belastung. Üblicherweise, Platte folgen Experimente beinhalten die Einführung einer Flyer-Platte, getragen von einer Sabot zunächst am Verschluss-Ende der Gas-Pistole, die dann hinunter die Länge der Lauf der Waffe reist und erfolgt mit sorgfältig abgestimmte stationäre Zieltafel an kollidieren die prallraum. Durch den Aufprall sind normal und/oder kombinierten Druck- und Schubspannungen an der Flyer/Ziel-Schnittstelle erzeugt die Reise durch die räumlichen Abmessungen der Platten als längs- und/oder kombinierte Längs- und Querrichtung Stress Wellen. Die Ankunft dieser Wellen an der hinteren Oberfläche der Zieltafel Einfluss auf die momentane freie Oberfläche Partikelgeschwindigkeit der Zieltafel, die in der Regel über interferometrische Techniken überwacht wird. Um die Interpretation der gemessenen Partikelgeschwindigkeit im Vergleich zu zeitlichen Verlauf zu ermöglichen, ist es notwendig, dass Ebene Wellen mit einer vorderen Parallel zur Oberfläche Auswirkungen auf Auswirkungen14,23generiert werden. Die ehemalige, Wirkung zu gewährleisten müssen mit einem Neigungswinkel von Auswirkungen in der Größenordnung von weniger als 1 Milli-Radian12,24, mit aufprallflächen der Ebenheit besser als ein paar Mikrometer5,25auftreten.
Platte folgen Experimente wurden angepasst, um einzuschließen, Heizelemente, die Untersuchungen des Materialverhaltens, nach thermomechanischen Extreme26,27,28,29auszudehnen zu ermöglichen. Diese Anpassungen umfassen in der Regel die Zugabe von einer Induktionsspule oder von einem resistiven Heizelement bis zum Ziel-Ende der Gas-Waffe; Obwohl diese Anpassungen experimentell realisierbar erwiesen haben, führt der Ansatz von Natur aus zu speziellen experimentellen Herausforderungen erfordern sorgfältige Überlegungen. Einige dieser experimentellen Komplikationen gehören unterschiedliche Wärmeausdehnung der verschiedenen Bestandteile der Zielbaugruppe Halter und/oder Ausrichtung Befestigung während der Heizung die Zieltafel (Beispiel), die in Echtzeit Ausrichtung Anpassungen erfordert, normalerweise gebildet mit ferngesteuerten ausrichtungswerkzeuge mit kontinuierliches Feedback um Toleranz entscheidend Parallelität zwischen der Probe und Ziel Platte zu erhalten. Bei Druck-Shear Platte Auswirkungen experimenteller Regelung Heizen der Probenmaterials erfordert konventionelle Polymer Gitterroste von hoch-temperaturbeständige metallische Gitter erneuert werden, um quer Partikelgeschwindigkeit an der freien Oberfläche der Überwachung der Zieltafel. Darüber hinaus kann Heizen der Probe hinzufügen Einschränkungen auf die Aufprallgeschwindigkeit, die in bestimmten experimentellen Systemen eingesetzt werden kann wie in der hohen Belastung Rate Druck und Scherplatte Auswirkungen Konfiguration, wo besondere Überlegungen erforderlich sein kann um zu verhindern, dass eindeutige Interpretation der Versuchsergebnisse, die berechnet werden, dass mit der akustischen Impedanz der vorderen und hinteren Ziel die Platten möglicherweise temperaturabhängig. Zu guter Letzt für andere experimentelle Systeme erfordern die Zieltafel mit einem optischen Fenster, Toleranzen zwischen der Probe, Bond-Schicht bzw. Beschichtungen immer schwieriger, bei hohen Temperaturen19beizubehalten.
Um die oben genannten experimentellen Herausforderungen zu erleichtern, haben wir kundenspezifische Anpassungen an der bestehenden einstufigen Gas-Pistole befindet sich an der Case Western Reserve University (Home-)7,30,31,32 gemacht. . Diese Änderungen ermöglichen dünne Metall Exemplare am Front-End-eine hitzebeständige Sabot Temperaturen über 1000 ° C, vor dem Brand erhitzt werden die hohen Temperaturen normal bzw. kombinierte Druck-Shear Platte Auswirkungen Experimente zu ermöglichen durchgeführt. Im Gegensatz zu den meisten die herkömmlichen Ansätze für Studien über die Auswirkungen erhöhter Temperatur Platte hat diese Methode gezeigt, um einige der oben beschriebenen experimentellen Herausforderungen zu lindern. Zum Beispiel ist dieser Ansatz verwendet worden, um praktisch Neigungswinkel von weniger als 1 Milli-Radian ohne die Notwendigkeit für remote Tilt Einstellung30oder zusätzliche optische Elemente für die Überwachung der Tilt Änderungen während des Experiments zu erreichen. Zweitens da die Zieltafel unter Umgebungstemperaturen bleibt, erfordert diese Methode nicht die Notwendigkeit einer speziellen Hochtemperatur-beständig holographische Gitter für die Messung der transversalen Partikelgeschwindigkeit in schrägen Auswirkungen Experimente; Darüber hinaus höhere Aufprallgeschwindigkeiten genutzt werden, ohne das Risiko von nachgeben das Ziel Platte, und so verringern Sie die Komplexität bei der Interpretation der Versuchsergebnisse. Um hinzuzufügen, kann dieser Ansatz genutzt werden, um Hochtemperatur Reverse-Geometrie normaler Teller Auswirkungen Experimente durchführen, die uns-Up Beziehungen für eine Wahl Probenmaterial zur Verfügung zu stellen. Diese über Impedanzanpassung Techniken oder darüber hinaus erhalten Sie eine Analyse des Ventilators Verdünnung von der hinteren Oberfläche der Probe die Informationen über Änderungen in Probe Schock Geschwindigkeit während der Entladung33,34 tragen . Bei erhöhter Temperatur kombinierte Druck-Schub Platte Auswirkungen Konfiguration ermöglicht dieser Ansatz der dynamischen Inelastizität dünner Schichten bis hin zu einem weiten Temperaturbereich und plastische Verformung Palette und Dehnraten bis zu 107/s je untersucht werden die Dicke der dünnen Probe16,27,29.
Wir präsentieren die Protokolle notwendig für die Durchführung einer typischen erhöhter Temperatur Platte Impact-Experiments oben diskutiert. Dies folgt eine Rubrik zum repräsentativen Ergebnisse, die mit der heutigen Technik. Zu guter Letzt wird eine Diskussion der Ergebnisse vor einem Vertragsabschluss vorgelegt werden.
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Protocol
1. Probe und Vorbereitung des Materials
Hinweis: Im folgenden Protokoll erläutern wir die notwendigen Schritte zur Vorbereitung der Probe und Ziel Materialien, die später in eine umgekehrte Geometrie normaler Teller Impact-Experiment verwendet werden. In diesem Setup wird eine Flyer-Platte (auch die Probe), statt an der Front ein Sabot, über eine einstufige Gas Waffe gestartet und gemacht, eine stationäre Zieltafel, untergebracht in der Ziel-Kammer der Gas-Waffe zu beeinflussen. Eine typische Flyer und Ziel Platte Montage in das folgende Protokoll beschrieben ist schematisch in Abbildung 1dargestellt.
- Teilen Sie eine 99,999 % Reinheit kommerzielle polykristallinen Aluminiumstab in Disketten, die später als die Flyer-Platten (Proben) verwendet werden.
Hinweis: Dies kann erfolgen durch mit einer langsamen Geschwindigkeit zur Vermeidung von hohen Temperaturen und Eigenspannungen im Werkstück. - Gesicht und drehen Sie die Beispiel-Disketten auf einer Drehbank zu einem Durchmesser von 76 mm und 5,6 mm Dicke.
- Bohren Sie drei Equispaced Löcher 5 mm im Durchmesser auf 62 mm Durchmesser Fett Kreis auf der Beispiel-Disketten, die später verwendet wird, um die Proben zu den Sabot zu sichern.
- Mahlen Sie beidseitig die Musterplatten um eine Ebenheit und Parallelität Toleranz von fast 10 µm über den Durchmesser der Proben zu erreichen.
- Führen Sie eine grobe Runde auf der Platte Musterflächen mit einer kommerziellen Läppmaschine mit relativ groben Teilchengröße (10-20 µm).
Hinweis: Eine Gewicht kann in diesem Schritt hinzugefügt werden, bis die geläppten Flächen eine sogar langweilig grau, Angabe Gleichmäßigkeit über den Durchmesser der Scheibe erreicht. - Reinigen Sie sorgfältig die geläppten Proben mit Ethanol um restpartikel, und Mineralöl zu entfernen. Dann Polieren Sie beide Flächen der Probe Platten mit 1 µm Diamantpaste auf ein Poliertuch.
- Prüfen Sie die Ebenheit der Proben durch die Beobachtung Lichtbänder durch eine optische Wohnung in Kontakt mit der Oberfläche des Interesses unter einem grünen monochromatische Lichtquelle16.
Hinweis: Ebenheit kann quantifiziert werden durch die Beobachtung der Krümmung der Lichtbänder auf der Oberfläche der Probe, oder indem Sie zählen die Anzahl der Bänder über den Durchmesser wie in Abbildung 2dargestellt.- Move-on mit dem nächsten Schritt 3 Bänder Leuchten oder weniger gelten über die Probe Durchmesser darauf hinweist, dass eine Ebenheit von ca. 2 µm. andernfalls wiederholen Sie die Schritte 1.4.1 - 1.4.3 bis 3 Lichtbänder oder besser erreicht wird.
- Führen Sie eine grobe Runde auf der Platte Musterflächen mit einer kommerziellen Läppmaschine mit relativ groben Teilchengröße (10-20 µm).
- Wiederholen Sie die Schritte 1.1-1.3, die Zieltafel zu fabrizieren. Abschnitt einen Niederschlag gehärtet (hohe Festigkeit) Legierung Stab (Table of Materials) in Scheiben und dann diese auf einen Durchmesser von 25 mm und 7 mm Dicke der Maschine. Zu guter Letzt Schleifen Sie beidseitig flach bis ca. 10 µm.
- Runde beide Oberflächen der Zieltafel auf eine Läppmaschine mit 15 µm Aluminiumoxid-Pulver in Mineralöl, bis die Oberflächen ein sogar langweilig grau aussehen erreichen.
Hinweis: Eine gleichwertige Partikelgröße von Diamant Gülle lässt sich schneller Abtragsleistung und bessere Oberfläche reflexiv zu erreichen. Darüber hinaus können Gewichte verwendet werden. - Wiederholen Sie Schritt 1.4.2.
- Prüfen Sie die Ebenheit der Zieltafel wiederholen Schritt 1.4.3. Wenn 1 Lichtband oder besser eingehalten werden, fahren Sie mit dem nächsten Schritt fort. Andernfalls wiederholen Sie die Schritte 1.4.1 - 1.4.3 bis 1 Lichtband oder besser erreicht wird. Holographische Gitter notwendig sind, fahren Sie mit Schritt 1.5.4, andernfalls fahren Sie mit Schritt 1.6.
- Runde beide Oberflächen der Zieltafel auf eine Läppmaschine mit 15 µm Aluminiumoxid-Pulver in Mineralöl, bis die Oberflächen ein sogar langweilig grau aussehen erreichen.
- Nutzen Sie ein ähnliches Verfahren, wie unter Schritt 1.1-1.3, Alu-Ring zu fabrizieren.
- Abschnitt einer Aluminium-Rohr mit der äußeren und inneren Durchmesser von 41 mm und 32 mm, bzw. in Ringe und dann die Seiten bis zu einer Dicke von 7 mm.
- Bohren Sie sechs 3 mm Durchmesser Slots Equispaced auf einem Lochkreis von 34,5 mm Durchmesser. Diese werden später Haus sechs Spannung voreingenommen Kupfer Pins, die Tilt-Messungen im Treffmoment vorgenommen werden können.
- Mahlen, Runde, reinigen und Polieren beide Oberflächen der Aluminium-Ringe mit Verfahren, die im Schritt 1.4 erläutert.
- Halten Sie die flache Zieltafel in den Aluminium-Ring mit einer zwei-Teile Epoxy Mischung auf einer flachen Rig zu sichern, wie in Abbildung 3dargestellt. Lassen Sie das Epoxidharz, über Nacht bei Raumtemperatur Aushärten.
Hinweis: Die beiden Teile sind ein FLACHSTAHL-Bühne mit drei Schrauben, die sanft werden von Hand angezogen, so dass der angewandte Druck auf das Ziel und den Ring verhindern, dass das Epoxidharz undicht nach außen gesichert.- Entfernen Sie alle übrig gebliebenen Klebstoff aus den radialen Schlitzen oder von der Oberfläche der Platten mit Aceton.
- Die Zielbaugruppe Platte/Aluminium Ring in der POM-Ring einsetzen.
Hinweis: Die POM-Scheibe wird später auf montiert werden-zu einem Scheibenhalter mit Rotationsfreiheitsgrade, die es ermöglichen der Ausrichtung der Testmaterialien in den Gewehrlauf. - Markieren Sie die Position der sechs radialen Schlitze auf der inneren Schritt des POM Rings und sechs durch dicke Bohrungen an den markierten stellen.
- Abschnitt 6 Kupfer Pins von einer Spule 15 AWG emaillierten Kupferdraht mit einer Länge von ~ 50 mm und entfernen die emaillierten Isolierung Schicht aus zwei von ihnen. Drücken Sie die Stifte in die Schlitze in einem symmetrischen Muster: zwei Masse-Pins befinden sich an anderen Orten des Kreises. Drücken Sie die Stifte durch die Schlitze und lassen Sie ca. 2 mm nach außen ragen aus der Oberfläche des Ringes.
Hinweis: Die Stifte dienen zur Messung des Neigungswinkels und der Triggersignal liefern. - Gebogenen Enden der Kupfer Pins auf der Rückseite der POM-Ring mit extra schnell abbindenden Epoxidharz zu halten.
- Verwenden Sie eine niedrige Viskosität zweiteilig Epoxy Mischung, um die Lücke zwischen der Alu-Ring und der Innenwand des POM-Ring zu versiegeln. Lassen Sie das Epoxidharz, über Nacht bei Raumtemperatur Aushärten.
- Entfernen Sie die überschüssige 2 mm Kupfer Pins ragt aus der Oberfläche der Alu-Ring. Ersten Abschnitt der Überschuss mit einem rotierenden Werkzeug fixiert und dann Sand, die übrigen bis auf die Oberfläche mit nassem Sand 300 Korn Papier bis Pins fast sind bündig mit der Oberfläche der Alu-Ring.
- Runde, reinigen und Polieren Sie die gesamte Baugruppe durch Wiederholen der Schritte 1.4.1-1.4.3. Sicherstellen Sie, dass die gesamte Baugruppe geläppte flache, innerhalb von 2-3 Lichtbänder.
- Löten Sie die Enden der sechs Kupfer Pins an der Rückseite-Oberfläche des Ringes POM, und montieren Sie die POM-Ring an den Ziel-Halter mit Hilfe der vier 6,35 mm Durchmesser POM Pins.
2. Montage des benutzerdefinierten hitzebeständige Sabot
- Sammeln Sie die Baugruppenkomponenten für hitzebeständige Sabot, in Abbildung 4dargestellt.
- Befestigen Sie eine Öse am unteren Ende der Aluminium-Kappe, und sichern eine Dichtung o-Ring und eine PTFE-Taste in den Rillen der GAP.
Hinweis: Den Schlüssel und den o-Ring werden verwendet um die Neigung und Drehung der Sabot während seiner Reise hinunter den Gewehrlauf zu verhindern.- Ziehen Sie die Thermo-paar Draht durch das Loch auf der Unterseite der Kappe und sichern Sie den Thermo-paar Draht in einen Stecker.
- Halten Sie die Verschlusskappe auf dem Back-End und voll befeuerten Aluminiumoxid Silikat Rock Lavaröhre auf Front-End-Aluminium-Rohr mit zwei Teilen schnell abbindenden Epoxidharz.
- Ziehen Sie die Thermo-paar-Sonde durch das Loch in der Probenhalter 76,2 mm Durchmesser H13 Werkzeug-Stahl-Legierung.
- Haften Sie H13-Probenhalter für das Front-End die Lavaröhre, die Verwendung von Hochtemperatur-Zement oder gleichwertige Hochtemperatur Kleber.
- Wenden Sie den Hochtemperatur-Zement um die 25 mm Durchmesser und 3 mm dicken Lava Scheibe sitzt oben auf das innere durch dicke 19 mm Durchmesser konzentrischen Loch des Inhabers H13. Lassen Sie die Hochtemperatur Kleber über Nacht trocknen bei Raumtemperatur.
- Sichern Sie die Probe H13 Probenhalter mit drei Aluminiumoxid Schrauben zu, und sicherzustellen Sie, dass die Ebenheit der Probe nicht geändert wird, mithilfe des Protokolls in 1.4.3 beschrieben.
3. Montage der Testmaterialien innerhalb der Gas-Pistole
- Reinigen Sie die vordere Oberfläche der Probe und Ziel mit Isopropyl-Alkohol, und verwenden Sie Band, um erste Oberfläche spiegeln, um die Oberfläche der einzelnen zu sichern.
- Schraube anziehen eine 3-Achsen Motion-Bühne auf einem Extrudieren Stab oben die Pistole Lauf innerhalb des prallraums und eine Präzision optischen Prisma auf die Bühne tragen Prisma-Halterung befestigen.
- Ziehen Sie ein Seil durch den Gewehrlauf, und befestigen Sie das Seil an Sabot über die Öse auf der Aluminium-Kappe.
- Die Sabot in Gewehrlauf mit der Probe in Richtung des prallraums, und legen Sie die Zielbaugruppe Halter in die Ziel-Kammer mit Blick auf die Probe.
- Richten Sie die Position des Ziels durch Anpassung der vier POM Positionierstifte bis zum ersten Oberfläche Spiegel auf die Probe der ersten Oberfläche Spiegel auf das Ziel ausgerichtet ist.
- Führen Sie eine grobe ausrichten die Parallelität zwischen der Probe und Ziel Platte mit einer diffusen Glühbirne und einer reflektierenden Spiegel. Passen Sie die Bühne, bis ein einzelnes kontinuierliche reflektierte Bild der Lampe alle Flächen auf der Achse Prisma entnehmen kann.
- Verwenden Sie eine Auto-Kollimator24 , um die Feinausrichtung zu erreichen.
- Passen Sie die Bühne, bis das Bild auf der Probe von der ersten Oberfläche Spiegel reflektiert das reflektierte Bild des Kreuzes von der hinteren Oberfläche des Prismas ausgerichtet ist.
- Passen Sie die Zielassembly durch Drehen der Positionierung Schrauben auf den Scheibenhalter, bis das reflektierte Bild des Kreuzes von der hinteren Oberfläche des Prismas mit dem Bild von der ersten Oberfläche Spiegel reflektiert auf das Ziel ausgerichtet ist.
- Entfernen Sie die erste Oberfläche Spiegel aus der Probe und dem Ziel. Auch entfernen Sie die reflektierenden Spiegel, Prisma, Prisma-Halter und die Anpassung Bühne aus des prallraums.
- Ziehen Sie die Sabot bis zum Verschluss-Ende des Gas-Pistole mit dem Seil zu, und entfernen Sie dann das Seil von der Kappe.
- Verlassen ~ 2,5 mm Abstand zwischen den Sabot und Heizung-Kopf und dementsprechend passen Sie die Länge der Schrauben die die hintere Bewegung der Sabot in Richtung des Verschlusses zu verhindern.
- Schließen Sie das Thermal-Paar an der diagnostischen Temperaturwächter.
Hinweis: Der Thermal-paar Draht am Ende Temperatur Monitor wurde in den Lauf durch die Vakuum-Leitung mit einer Durchführung gelegt.
(4) die Anordnung und Ausrichtung der lasergestützten Diagnostik
- Stecken Sie zwei Gewinde Dübel in die Löcher auf der Rückseite der Okularauszug Sondenhalter. Ziehen Sie zwei Schrauben durch die Anker an, bis sie das POM erreichen um die Freiheit, den Vorfall Abstrahlwinkel wechseln zu ermöglichen.
- Bohren Sie ein Loch durch Dicke auf der Unterseite der Okularauszug Sondenhalter, und sichern Sie sie auf einen Thread zylindrischen Magneten.
- Ziehen Sie eine LWL-Okularauszug Sonde durch eine Aluminium-Rohr, und kleben Sie die Sonde mit dem Aluminiumrohr durch die Anwendung besonders schnell-Set Epoxy rund um den Messkopf und die Spitze des Aluminium-Rohr. Schieben Sie der Messkopf als nach vorn das Rohr möglichst, aber achten Sie darauf, die Sonde Objektiv von Epoxy verlassen. Warten Sie, bis die extra Fast-Set-Epoxy gehärtet wird.
- Schließen Sie den optischen Okularauszug an All-Fiber-Optics NDI/TDI Interferometer31und der Okularauszug Versammlung auf den Scheibenhalter mit dem Ziel in Richtung der Rückseite des Ziels.
- Schalten Sie den Laser, in diesem Fall gekoppelt eine 2W Erbium-Faser-Laser, 0,2-0,4 W Leistung. Als nächstes passen Sie die Position des Prüfpunkts Okularauszug mit den Schrauben befestigt an den Okularauszug Baugruppe bis richtige lichteinkopplung erreicht und das erworbene Signal optimiert.
- Stellen Sie die Variable Verhältnis Koppler die Intensität des Referenz- und Doppler-verschoben Licht angepasst, bis das Signal in das Oszilloskop dargestellten optimiert ist.
Hinweis: Wenn Querbewegung Diagnostik benötigt werden, siehe Schritte 4,5-4,6. - Stecken Sie zwei Gewinde Dübel in die Löcher auf der Rückseite des Halters POM Okularauszug, und ziehen Sie dann die zwei Schrauben durch die Anker, bis sie das POM berühren.
- Bohren Sie ein Loch durch Dicke auf der Unterseite der Okularauszug Sondenhalter, und sichern Sie sie auf einen Thread zylindrischen Magneten.
- Ziehen Sie eine LWL-Kollimator Sonde durch eine Aluminium-Rohr, und kleben Sie die Sonde mit dem Aluminiumrohr durch die Anwendung besonders schnell-Set Epoxy rund um den Messkopf und die Spitze des Aluminium-Rohr. Schieben Sie der Messkopf als nach vorn das Rohr möglichst, aber achten Sie darauf, die Sonde Objektiv von Epoxy verlassen. Warten Sie, bis die extra Fast-Set-Epoxy gehärtet wird.
- Wiederholen Sie die obigen Schritte in 4.4 zwei Baugruppen und steckte sie in die prallraum.
- Passen Sie die Positionen und die Winkel der empfangenden Lichtleiter Kollimatoren mit dem Magneten und die beiden Schrauben an den POM-Halter bis die Intensität der erster Ordnung Strahlen gemessen an der Macht Monitore gebeugt wird optimiert.
- Trennen Sie den Power Monitor und verbinden Sie die beiden empfangenden Kollimatoren zu den All-Fiber-Optics TDI Interferometer31.
5. Durchführung von Hochtemperatur umgekehrte Geometrie Normal/Druck-Scherplatte Auswirkungen Experimenten
- Sichern Sie den primäre Flansch durch Anziehen der vier Klammern an den Eingang des prallraums zu, und schließen Sie dann die Kammer mit einer Polyester-Folie mit einem sekundären Flansch verschraubt.
- Erhöhen Sie den Druck der Dichtung bis ~ 207 kPa, und schließen Sie dann die Gas-Pistole am Verschluss-Ende durch Anziehen der Schrauben im Flansch.
- Schalten Sie die Verschluss-End-Vakuum-Pumpe, und dann auf die Ziel-Kammer-End-Vakuumpumpe.
- Sicherstellen Sie, dass es keine Bewegung der Sabot gegenüber der Kammer durch die Druckdifferenz zwischen der Vorder- und Rückseite der Sabot verursacht. Warten Sie, bis die Kammer, um einen Druck evakuiert wird weniger als 100 mTorr.
- Schalten Sie die Amplitude-laserbasierte Sabot Auswirkung Geschwindigkeit Mess-System.
- Bewegen Sie die Heizung auf die markierte Position und schalten Sie die Heizung. Erhöhen Sie die Temperatur der Heizung mit 100 ° C-Schritten, bis die gewünschte Probentemperatur erreicht ist.
- Das Feuern mit Druck beaufschlagen Dump Kammer ~ 1103 kPa und die Last-Kammer auf das gewünschte Niveau abhängig von der gewählten Geschwindigkeit auswirken. Darüber hinaus sichern der Sabot-Fänger, der prallraum.
- Schalten Sie die Heizung und sofort nach oben Sie die Heizung nach oben in Richtung des Heizung-Brunnens. Notieren Sie die Temperatur auf der diagnosemonitor gemessenen Temperatur von Sabot Thermoelement an der Oberfläche der Probe angezeigt.
- Dichtung Ventil sofort öffnen und Freigabe der Brand-Dump Kammer einmal die Dichtung Druck sinkt auf NULL.
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Representative Results
Eine 82,5 mm Bohrung, 6 m Länge, einstufigen Gas Waffe auf Home-fähig Beschleunigung 0,8 kg Projektile auf Geschwindigkeiten von bis zu 700 m/s wurde in der vorliegenden Experimente verwendet. Abbildung 5 zeigt ein Foto von der modifizierten Gas-Pistole-Anlage am CWRU. Vor feuern befindet sich der benutzerdefinierten gestaltete Sabot innerhalb der Heizung Verlängerungsstück, in Abbildung 6dargestellt. Das Verlängerungsstück trägt eine vertikale Heizung-Brunnen ermöglichen eine Ohmsche Spule Heizung ein-und den Pfad der Sabot bewegen. Dieses Heizelement ermöglicht die Flyer-Platte statt an der Vorderseite des Sabot über freie Strahlung unter Vakuum auf den gewünschten Test Temperaturen erhitzt werden. Die Sabot ist speziell entwickelt, um die beheizten Flyer Platte tragen und Wärmestrom von der Flyer-Platte in den Sabot Körper, damit Minderung des Risikos für die Beschlagnahme von Sabot durch die mögliche thermische Ausdehnung des Körpers Sabot. Das benutzerdefinierte Sabot-Design ist schematisch in Abbildung 7dargestellt. Der Schlüssel für die Gestaltung ist das Keramikisolator Rohr, aus voll gebrannter Tonerde-Silikat, gewählt für seine geringe Wärmeleitfähigkeit, geringe thermische Ausdehnung und hervorragende Belastbarkeit im Vergleich zu anderen handelsüblichen bearbeitbare Keramik hergestellt. Sobald die gewünschte Test-Temperatur erreicht ist, wird die Heizung-Kopf manuell zog aus den Pfad des Geschosses und innerhalb Heizung-gut untergebracht. Kurz vor die Gas-Waffe abfeuern, wird die Temperatur der Probe über ein Thermoelement-Sonde befestigt an der Vorderseite der Flyer Platte aufgezeichnet. Für dieses besondere Experiment die Geschwindigkeit des Geschosses ist ca. 100 m/s, darüber hinaus unter der Annahme Konstanten Beschleunigung, es dauert etwas mehr als ein Zehntel einer Sekunde für das Projektil, das Ziel zu erreichen, ist also die Temperatur kurz vor dem Brand vermutlich eine gute Schätzung für die Erstbemusterung Temperatur im Treffmoment. Als nächstes wird das Brand-Protokoll durchgeführt. Wenn der Dichtung Druck in den Verschluss erreicht den atmosphärischen Druck und brennen Druck wird in der Brand-Dump weggeworfen Kammer, des Kolbens, die Aufrechterhaltung der Dichtung zwischen der Last Kammer und Gun Barrel nach hinten verschoben wird. Dies ermöglicht Hochdruckgas rasch nach außen fließen aus der Beckenendlage und starten den Sabot. Die Sabot reist hinunter die Länge der Lauf der Waffe und besteht aus mit der stationären Zieltafel an den prallraum beeinflussen.
Die benutzerdefinierten gestaltete Sabot ermöglicht die Flyer Platte entweder normal oder in Bezug auf die Bewegungsachse geneigt. Abbildung 8 und Abbildung 9 schematisch die umgekehrte normal "und" schräge Platte anzeigen Auswirkungen Konfigurationen bzw.; nur die umgekehrte normale Platte Auswirkungen Konfiguration wird jedoch in der vorliegenden Handschrift beschrieben. Abbildung 10 zeigt ein Foto von einer typischen Ziel Inhaber Versammlung in diesen Experimenten verwendet. Die rotatorische Freiheitsgrade ermöglichen präzise Ausrichtung der Zieltafel an der Flyer-Platte. Ausrichtung erfolgt mit einer Präzision maschinell bearbeiteten Prisma in Verbindung mit einem Autokollimators wie schematisch in Abbildung 11dargestellt. Während der Ausrichtung reflektiert parallele Strahlen aus Autokollimators von der Oberfläche des Prismas, Ziel und Flyer Platte; ein dritte Strahl reflektiert an die innere Oberfläche des Prismas. Die reflektierten Strahlen bleiben wenn und nur wenn die Flyer und Platte Zielflächen parallel zueinander parallel und senkrecht auf der hinteren Oberfläche des Prismas. Die eingehenden parallelen Strahlen treffen sich dann in Form eines Einzelbildes auf das Fadenkreuz des Autokollimators bedeutet, dass die Flächen ausgerichtet sind.
Für die umgekehrte normale Platte Auswirkungen Regelung beim Aufprall entstehen Normalspannungen an der Flyer/Ziel-Schnittstelle die Reise durch die räumlichen Abmessungen der Platten als eine longitudinale Stress-Welle mit einer Front parallel zu der Aufprallfläche (vorausgesetzt, dass die Ebenheit und Parallelitätstoleranzen sind erfüllt). Beim Aufprall kommen die Spannung voreingenommen Pins mit der metallischen Flyer Platte getragen von Sabot, Erstellen eines Pfads zu Boden. Die Signale von den kurzgeschlossenen Pins sind durch den Tilt Übernahme Schaltkreis überwacht, digitalisiert und dann durch ein Oszilloskop aufgezeichnet. Diese Signale bieten quantitative Informationen über die maximale Neigung Auswirkungen sowie die Tilt-Ebene und bieten zusätzlich einen Trigger-Impuls für das Oszilloskop Aufnahme Signale von der normalen Bewegung Diagnose zu beginnen. In der vorliegenden Studie eine in-house-gebaut alle Glasfaser Basis kombiniert normale und transversale Verschiebung Interferometer wird verwendet, um die freie Oberfläche Bewegung des Ziels (Abbildung 12) zu überwachen. Abbildung 13 zeigt die Rohdaten aufgezeichnet während einer erfolgreichen umgekehrte Geometrie normaler Teller Impact-Experiment. Die Daten in dieser Handlung ermöglichen dem Benutzer zu bestätigen, dass die oben genannte Protokoll korrekt ausgeführt wurde. Rot ist das Signal von der Tilt-Erwerb-Schaltung zur Verfügung gestellt. Für dieses Experiment ist die Zeitdifferenz zwischen dem Kurzschließen der ersten und letzten Spannung voreingenommen Pins ca. 180 ns, die angibt, dass der Abstand zwischen dem ersten und letzten Punkt des Kontaktes während des Aufpralls war etwa 18 µm (da das Projektil reiste mit 100 m/s), so dass die maximale Neigung im Treffmoment über gemessen die 34,5 mm Lochkreis wurde ca. 0,52 Mrad. Wenn die Ausrichtung-Protokoll nicht zufriedenstellend durchgeführt wird, würde eine viel größere Neigung Zeit beobachtet werden, und eine Neigung größer als ein paar Mrad Schock Wellenprofil Konvolut könnte gemessen an der freien Oberfläche. Ein weiteres Indiz für ein gelungenes Experiment ist der Unterschied in der Zeit zwischen dem ersten kurzgeschlossene Stift und der Ankunft der Longitudinalwelle an der freien Oberfläche der Zieltafel. Die Stress-Welle an Auswirkungen Reisen mit einer konstanten Geschwindigkeit erzeugt, vorausgesetzt, dass die Zieltafel elastisch bleibt. Für die Legierung Rod in dieser Studie verwendet die Geschwindigkeit der Longitudinalwelle ist ca. 5820 m/s, also zu wissen, die Dicke des Ziels, 7 mm, legt nahe, dass die Longitudinalwelle ca. 1,2 µs nach dem Aufprall ankommen sollten. In Abbildung 13zeichnet sich die Ankunft der Welle längs Stress durch eine schnelle beat Frequenz und Amplitude Variation des Signals von der normalen Bewegung Diagnose erworben. Verspäteter Ankunft der Welle längs Stress könnte darauf hindeuten, dass eine große Neigung, Inelastizität der Zieltafel oder unsachgemäße Ziel Montage Vorbereitung.
Abbildung 14 zeigt die schematische Darstellung der Stress gegen Partikel Geschwindigkeit-Diagramm für eine allgemeine normale Schock Kompression Platte-Impact-Experiment, in dem, die sowohl der vorgewärmten Flyer und die Zieltafel elastisch-plastische Verformung beim Aufprall unterziehen können. Die Loci aller Stress/Partikel-Geschwindigkeit-Staaten für die Zieltafel unter einachsiger Belastung ist vertreten durch die schwarze Kurve vorbei durch den Ursprung, während die Loci aller Stress/Partikel-Geschwindigkeit-Staaten für den Flyer wird durch die schwarze Kurve dargestellt schneiden die Partikel Geschwindigkeit Achse mit dem Projektil Geschwindigkeit. Die rote Kurve schneidet die Teilchen Geschwindigkeit Achse mit dem Projektil Geschwindigkeit soll die Wirkung der Temperatur auf die Staaten für das Beispiel veranschaulichen. Für eine Wirkung gegen eine Raumtemperatur Probe bewegt sich an der Probe/Ziel-Schnittstelle die Zieltafel aus einer UN-geladenen Zustand (1), zu einem geladenen Zustand (3), nach der Strich-Punkt (Linie Raleigh) mit einer Steigung gleich die longitudinale Impedanz der Zieltafel Material an der State (3), während die Probenteller aus einer unbelasteten Zustand (2) zu einer geladenen Zustand (3), nach der Raleigh-Linie mit einer Steigung gleich die longitudinale Impedanz der Probe bei Zustand (3) bewegt. Der Schnittpunkt zwischen diesen beiden Linien zeigen die maximale Spannung und Geschwindigkeit Staaten durch Impedanzanpassung während dieses Experiments an der Probe/Ziel-Schnittstelle. Darüber hinaus Platte die Stress/Partikel Geschwindigkeit Staaten bei der Probe/Ziel Schnittstelle beeinflussen die Partikelgeschwindigkeit an der freien Oberfläche des Ziels heißt, dies als Zustand (4) angezeigt. Wirkung gegen eine Probe mit einer niedrigeren längs akustische Impedanz, ergäbe sich eine Änderung der erreichbaren Staaten an der Probe/Ziel-Schnittstelle (3) bis (5), und infolgedessen auf die freie Oberfläche des Ziels von (4) bis (6), so, das zeigt wie geringfügige Änderungen in Längsrichtung akustische Impedanz der Probe sind nachweisbar durch die Überwachung der Partikelgeschwindigkeit an der freien Oberfläche der Zieltafel.
Beachten Sie, dass Partikelgeschwindigkeit an der freien Oberfläche des Ziels mindestens doppelt so die Partikelgeschwindigkeit an der Probe/Ziel-Schnittstelle ist, aber dieser Faktor in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Kunststoff Wellenausbreitung, folglich den Spannungszustand an der Probe ändert / Zielschnittstelle wird geschätzt, mit7
wo 
wird ein Discritzed Zeitintervall dargestellt als 
, wo h ist die Umkehrung der Sampling-Rate von dem Oszilloskop (2,5 x 10 10/s), 
wo L ist die Dicke der Zieltafel und 
ist eine durchschnittliche Belastung abhängigen Geschwindigkeit der Kunststoff Ausbreitung in die Zieltafel gemessen an der freien Oberfläche zur Zeit . 
, und 
sind die Dichte und elastische Longitudinalwelle Geschwindigkeit von der Zieltafel, und 
ist die gemessene Partikelgeschwindigkeit an der freien Oberfläche der Zieltafel. Darüber hinaus kann aus der gemessenen freien Oberfläche Teilchen Geschwindigkeit entspricht der Geschwindigkeit-Plateau (Zustand (3)), die longitudinale akustische Impedanz des Flyers (Probe) geschätzt werden mit32
Abbildung 15 zeigt die freie Oberfläche Teilchen Geschwindigkeit Spur von der normalen Bewegung-Diagnose erhalten. Diese Ablaufverfolgung zeigt zunächst einen relativ starken Anstieg der Geschwindigkeit im Zusammenhang mit der Dynamik der Auswirkungen, gefolgt von einem Plateau aus eine Impedanz-Übereinstimmung zwischen den Flyer und Ziel Platten, die durch die Dauer des Experiments erlitten hat. Der Anfangsgeschwindigkeit Aufstieg bezieht sich direkt auf die dynamische Festigkeit und beginnende plastisches fließen des plattenmaterials Ziel, während die Geschwindigkeit an der Schock-Hochebene mit der Impedanz-Partie zwischen der Ziel- und Flyer Platten zusammenhängt. Die Abbildung zeigt deutlich schrittweise abnehmenden Teilchen Geschwindigkeiten auf dem Wellenfront und Partikel-Geschwindigkeit-Plateau als Funktion der Temperatur erhöht, was darauf hindeutet, mögliche thermische Erweichung und/oder monoton abnehmende längs Impedanz des Das Probenmaterial mit der Temperatur.
Ein weitere interessantes Ergebnis sehen Sie in Abbildung 16, die zeigt, dass, denen die normalen freien Oberfläche Teilchen Geschwindigkeit Ablaufverfolgung entnommen, Geometrie umkehren normaler Teller Auswirkungen Experimente auf kommerzielle Reinheit polykristallinen Magnesium durchgeführt. In ähnlicher Weise Abbildung 15und Abbildung 16(a) zeigt monoton abnehmende Teilchen Geschwindigkeiten auf dem Schock-Plateau mit steigenden Temperaturen im Bereich von 23-610 ° c, jedoch bei Temperaturen außerhalb dieser Ebene (d.h., 617, 630 ° c), eine Umkehr dieses Trends ist eindeutig feststellbar. Dieser Anstieg der Partikelgeschwindigkeit schlägt eine Erhöhung der Schock-Impedanz des Probenmaterials, darüber hinaus geht man davon aus, dass die elastischen Konstanten des Materials als Funktion der Erhöhung der Temperatur, dann eine Erhöhung der Schock-Impedanz in diesem abnehmen Fall, schlägt eine Erhöhung der Streckgrenze und/oder Kunststoff Elastizitätsmodul des Probenmaterials. Sorgfältiger Blick auf Abbildung 16(b) ist ersichtlich, dass die Zunahme der Partikelgeschwindigkeit auf dem Plateau der Schock durch eine Zunahme der Teilchen Geschwindigkeit während der anfänglichen Anstieg der Partikel-Geschwindigkeit-Ablaufverfolgung begleitet wird, die korreliert mit der Belastung an der Probe/Ziel-Schnittstelle während der beginnenden Plastizität des Probenmaterials. Abbildung 17 zeigt Aufnahmen von Querschnitten die Aufprallfläche des Post-Prüflinge. Die Bilder zeigen zwei spürbare Auswirkungen auf die Mikrostruktur infolge der steigenden Temperatur. Die Bilder zeigen zuerst Korn Reifung mit zunehmenden Probentemperatur, die erwartet wird. Die Bilder zeigen aber auch eine Änderung in Twin Bandformationen, die sich manifestieren als tabellarische Eigenschaften oder Linien mit endlicher Breite, die Körner durchschneiden. Sorgfältig mit Blick auf die Bilder, Temperaturen von 23 bis 500 ° c entspricht, ein deutlicher Rückgang der Twin-Bänder werden mit steigender Temperatur beobachtet. Jedoch bei höheren Temperaturen (d.h., 610, 617, 630 ° c) ein Wiederauftretens dieser beiden Bands werden beobachtet, was darauf hindeutet, dass Twin Band Formation Ende der letzteren-dieses Temperaturbereichs begünstigt wird. Da plastische Verformung an Magnesium durch konkurrierende Mechanismen der Twin Bandformationen und Slip untergebracht ist, ist es plausibel, dass die favorisierte Twin Band Bildung beobachtet die höchste Temperatur Testfall legt nahe, dass Schlupf schwieriger geworden unter diesen Bedingungen.
Abbildung 1: Schematische einer typischen Flyer Platte und Ziel Platte Versammlung. Diese Abbildung zeigt eine einfache schematische Flyer und Ziel Platte Assemblys in einer vorliegenden experimentellen Konfiguration verwendet. Eine ausführliche Protokoll für die Vorbereitung dieser Teile sind detailliert in Schritten 1,1-1,7. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2: Foto des Messverfahrens Ebenheit. Diese Abbildung zeigt die Ebenheitsmessung auf den Platten, indem man ein optisches flach auf die Oberfläche des Interesses unter einem grünen monochromatisches Licht. Ebenheit kann quantifizierten (ein) durch die Beobachtung der Krümmung der Lichtbänder auf der Oberfläche der Probe, oder (b) indem Sie zählen die Anzahl der Bänder über den Durchmesser. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3: Foto einer Wohnung sichern Rig. Diese Abbildung zeigt die Zieltafel und der Alu-Ring zu einem FLACHSTAHL-Stadium mit drei Schrauben, die sanft werden von Hand angezogen, so dass der angewandte Druck auf das Ziel und den Ring verhindern, dass das Epoxidharz Austritt gesichert sind. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 4: Foto der Komponenten im Design Sabot. Diese Abbildung zeigt die Komponenten der Versammlung des benutzerdefinierten hitzebeständige Sabot. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 5: Gas-Pistole Anlage am Home-. Diese Abbildung zeigt ein Foto der einstufigen Gas-Pistole Anlage an der Case Western Reserve University. Rot ist die maßgeschneiderte Heizung welche Verknüpfungen mit den vorhandenen Gewehrlauf und ermöglicht auf Wunsch Temperaturbedingungen zu den Sabot vermittelt werden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 6: Schematische des Heizsystems. Diese Abbildung zeigt eine schematische Darstellung der Heizungsanlage, dem Hochdruck einstufigen Gas-Pistole Verschluss befestigt. Die benutzerdefinierte Verlängerungsstück beinhaltet einen Heizung-gut beherbergt einen resistiven Heizspirale statt auf einem Stiel mit Axial- und rotatorische Freiheitsgrade. Diese Spule kann im Einklang mit dem Projektil und Hitze dünne Metall Proben statt an der Front der Sabot Temperaturen über 1000 ° C, vor dem Brennen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 7: Schematische von hitzebeständigen Sabot. Diese Abbildung zeigt eine schematische Darstellung der Sabot in aktuellen experimentellen Konfiguration verwendet. Tonerde-Silikat-Rohr hilft Wärmestrom vom beheizten dünne Metall Muster auf den Sabot Körper, minimiert so das Risiko der Beschlagnahme von Sabot in den Gewehrlauf durch mögliche thermische Ausdehnung des Körpers Sabot zu mildern. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 8: Schaltplan der Hochtemperatur umgekehrten Konfiguration normaler Teller Impact-Experiment. Die Sabot tragen die beheizten Flyer-Platte ist unten am Gewehrlauf angetrieben und kollidieren mit der Zielbaugruppe. Beim Aufprall Pins geläppt bündig mit der Zieltafel bieten Trigger-Impuls und Diagnostik, kippen, während die freie Oberfläche Bewegung der Zieltafel über benutzerdefinierte gebaute PDV überwacht wird. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 9: Schematische des typischen symmetrischen schrägen Platte Auswirkungen Experiments. In dieser Konfiguration ist eine Flyer-Platte in Bezug auf die Bewegungsachse, geneigt, die beim Aufprall normale und transversale Komponenten der Bewegung in Bezug auf die normale der Aufprallfläche bietet. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 10: Foto einer typischen Ziel Inhaber Versammlung. Diese Abbildung zeigt die typische Halter Zielbaugruppe für entweder normal oder schräge Platte folgen Experimente genutzt. Die Zielassembly gezeigt in der Mitte an den Scheibenhalter über POM Pins angeschlossen ist, und Rotationsfreiheitsgrade ermöglichen präzise Ausrichtung erfolgen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 11: Prisma Ausrichtung Schema. Diese Abbildung zeigt eine Darstellung der Ausrichtung Regelung für die Flyer und Ziel Platten mit einem hochpräzisen rechten Winkel Prisma in Verbindung mit einem Autokollimators. Parallele Strahlen (rot dargestellt) von Autokollimators von der Oberfläche des Prismas, Ziel und Flyer Platte spiegeln, spiegelt ein dritten Strahl der die innere Oberfläche des Prismas. Die reflektierten Strahlen (schwarz dargestellt) pflegen Parallelität der Flyer und Platte Zielflächen sind parallel zueinander und senkrecht auf der hinteren Oberfläche des Prismas. Die eingehenden parallelen Strahlen konvergieren zu einem einzigen Bild auf das Fadenkreuz des Autokollimators. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 12: Schematische Darstellung der Brauch alle Glasfaser-basierten normal und transversale Verschiebung Interferometer Kombisystem. Diese Konfiguration nutzt eine modifizierte PDV, gezeigt in blau, um sowohl die normale Bewegung der Zieltafel überwachen und beleuchten eine holographische Gitter an der freien Oberfläche des Ziels, mehrere Ordnung schaffen Lichtstrahlen gebeugt. Diese Balken (in der Regel Erstbestellung) zurück in die Fasern eingekoppelt und proportional zu der Querbewegung der Zieltafel Schwebungsfrequenz Variationen erstellen kombiniert werden können, dies wird in rot angezeigt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 13: Rohdaten aus einer typischen normalen Platte beeinflussen Experiment. Diese Abbildung zeigt das aufgezeichnete Signal während einer typischen umgekehrte Geometrie normaler Teller Impact-Experiment. Gezeigt in rot ergibt sich das Signal aus der kurzgeschlossene Spannung voreingenommen Pins befestigt in den Aluminium-Ring während des Aufpralls. Die zeitliche Differenz zwischen der ersten und letzten kurzgeschlossene Pin eine Schätzung der maximalen Neigung im Treffmoment und die Reihenfolge, von denen die Pins kurzgeschlossen werden, ermöglichen Schätzungen bezüglich der Tilt-Ebene vorgenommen werden. Gezeigt, das Signal in schwarz aus unserer normalen Bewegung Diagnostik gewonnen wird, hier die Schwebungsfrequenz Variationen der normalen Bewegung der freien Oberfläche der Zieltafel beziehen sich auf. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 14: Stress im Vergleich zu Partikel-Geschwindigkeit-Diagramm für eine umgekehrte Konfiguration normaler Teller Impact-Experiment. Diese Abbildung zeigt den Stress gegen Partikel-Geschwindigkeit-Diagramm für eine erhöhte Temperatur umgekehrte Geometrie normaler Teller Impact-Experiment. Die Kurve zentriert am ursprungsdetails Nenner für alle Spannungszustände erreichbar für die isotrope Zieltafel, während die Kurve mit Ursprung auf V0 Details der Nenner für alle an das Probenmaterial bei Raumtemperatur, darüber hinaus die rote Kurve heißt sich überschneidende Vo soll die mögliche Auswirkungen der steigenden Temperaturen zeigen. Beim Aufprall gegen eine Raumtemperatur Probe bewegt sich die Zieltafel aus einer UN-geladenen Zustand (1) zu einem geladenen Zustand (3), in der Erwägung, dass wenn Wirkung gegen eine vorgewärmte Probe erfolgt, das Ziel von Zustand (1) Zustand (5), infolgedessen verschieben wird Verschiebung der freien Oberfläche Particle Velocity Staaten von (4) bis (6). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 15: normale freie Oberfläche Geschwindigkeit Aufzeichnung für die aktuelle experimentelle Konfiguration. Diese Abbildung zeigt die freie Oberfläche Teilchen Geschwindigkeit Spur von der normalen Bewegung-Diagnose erhalten. Diese Ablaufverfolgung zeigt zunächst einen relativ starken Anstieg der Geschwindigkeit im Zusammenhang mit der Dynamik der Auswirkungen, gefolgt von einem Plateau aus eine Impedanz-Übereinstimmung zwischen den Flyer und Ziel Platten, die durch die Dauer des Experiments erlitten hat. Die Anfangsgeschwindigkeit Aufstieg bezieht sich direkt auf den Stress in der Al-Probe an der Flyer/Ziel-Schnittstelle wie der Schock entwickelt sich, während die Geschwindigkeit an der Schock-Hochebene mit der Impedanz zusammenhängt match zwischen dem Ziel und dem Flyer Platten. Insgesamt ist der Plot zeigt abnehmenden Geschwindigkeiten der Teilchen im gesamten, mit steigender Temperatur, und dies deutet darauf hin, mögliche thermische Erweichung des Probenmaterials unter der aktuellen Lastbedingungen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 16. Normale freie Oberfläche Teilchen Geschwindigkeit Spur aus Experimenten auf kommerzielle Reinheit polykristallinen Magnesium gewonnen. (a) zeigt monoton abnehmende Teilchen Geschwindigkeiten auf dem Schock-Plateau für Temperaturen von Zimmer bis 610 ° c, jedoch bei höheren Temperaturen (617, 630 ° c), der Trend umgekehrt. (b) zeigt, dass dieser Anstieg der Partikelgeschwindigkeit auch deutlich in dem Anstieg der Partikel-Geschwindigkeit-Ablaufverfolgung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 17. Microscale Bilder eines Querschnitts der Post-Auswirkungen Probekörpern. Die Bilder zeigen zwei spürbare Auswirkungen auf die Mikrostruktur der Probe aufgrund steigender Temperatur. Erstens die Bilder zeigen Korn Reifung mit steigender Probentemperatur, aber interessanter ist die Veränderung in der Twin-Band-Formationen, die manifestieren sich als tabellarische Features oder Zeilen mit endlicher Breite, die Körner durchschneiden. Für Temperaturen von 23 bis 500 ° c, eine Abnahme in der Twin-Band-Formation beobachtet werden können, jedoch als Temperaturen steigen über diesen Punkt hinaus (z. B. 610, 617, 630 ° c) ein Wiederauftretens von beiden Bands sind deutlich zu sehen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
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Discussion
Die Methode und das Protokoll genannten ausführlichen Verfahren für die richtig Ausführung eine umgekehrte Geometrie normaler Teller Impact-Experiment bei erhöhten Temperaturen. Bei diesem Ansatz stellen wir benutzerdefinierte Änderungen an den Gewehrlauf Hochdruck (Beckenendlage) Ende der bestehenden Gas-Waffe auf Case Western Reserve University, um einen resistiven Heizspirale mit Axial- und rotatorische Freiheitsgrade zu beherbergen. Das Ohmsche Heizung Spulensystem ermöglicht dünne Aluminium Exemplare, statt an der Front-End einer Heizung beständig Sabot zu beheizenden Schmelztemperaturen (über 640 ° C), in der Nähe von vor dem Brennen. Man das Gerät Gehäuse gepaart mit einem hitzebeständigen Sabot Anpassung, wurden erhöhte Temperatur Platte folgen Experimente ohne die Notwendigkeit für spezielle Experimentelle Überlegungen durchgeführt, die typisch sind bei der Nutzung des konventionellen Ansatzes, wie , die Notwendigkeit für Fernbedienung Neigungsverstellung mit Echtzeit-Feedback für die Aufrechterhaltung der Parallelität der Ziel- und Flyer Platten während der Aufheizvorgang. Insgesamt reduziert das neue Konzept die Anzahl der Schritte im Abschnitt "Protokoll", im Vergleich zu den konventionellen Ansatz.
Wir ausführlich im Abschnitt experimentelles Protokoll für die erforderlichen Schritte: 1) Probe und Ziel Materialvorbereitung, wo die Flyer und Ziel Platten sorgfältig bearbeitet sind, geläppt und poliert, zu innerhalb der Parallelität und Ebenheit Toleranzen für die Generation der Ebene Wellen mit einer Front ausreichend parallel zu der Aufprallfläche; (2) Montage von benutzerdefinierten hitzebeständige Sabot in der Lage, einen beheizten Probenteller und Wärmestrom in den Sabot-Körper und zu den Gewehrlauf zu sichern. Darüber hinaus beherbergt das Sabot einen Schlüssel, welche Verknüpfungen zu den vorhandenen Schlüssel-Weg in der Pistole zur Drehung der gesamten Sabot Versammlung während ihrer Reise über die gesamte Länge der Lauf der Waffe zu verhindern Lauf. Zu guter Letzt in Schritten 3-5 wir ausführlich das Protokoll für die Ausrichtung der Probe und Ziel Platten vor der Durchführung von Experimenten, Heizung der Flyer-Platte (Beispiel) und die Durchführung der Experimente. Im folgenden Abschnitt haben wir gezeigt, wie die Richtigkeit des Protokolls aus den Rohdaten zur Verfügung gestellt in Abbildung 1überprüft werden konnten. Schließlich präsentieren wir Ergebnisse aus erfolgreichen erhöhter Temperatur normal Platte folgen Experimente, die die Messungen der Stress/Partikel Geschwindigkeit Staaten an der Probe/Zielschnittstelle sowie der Temperatur abhängigen längs akustische ermöglichen Impedanz des Probenmaterials.
In naher Zukunft mit entsprechenden Anpassungen am Sabot-Entwurf, diese Methode soll noch höhere Temperatur Platte folgen Experimente, ermöglichen, die seine Verwendung in dynamische Materialverhalten der höheren Schmelzpunkt Materialien bei in der Nähe von sondieren können Schmelztemperaturen. Angesichts der Vielseitigkeit dieses Ansatzes, werden verschiedene experimentellen Konfigurationen verwendet werden, um dynamische lineare Materialverhalten zu studieren. Z. B. Geschwindigkeiten erhöhter Temperatur, die umgekehrte Geometrie Platte Auswirkungen Experimente entsprechend entwickelt werden können, um Messungen der Stoßwelle in Metallen bei steigenden Temperaturen, während Druck-Shear Platte folgen Experimente durchgeführt werden können, um zu bewerten dynamische Inelastizität bei großen Belastungen und ultra-hohe Scherkräfte.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Acknowledgments
Die Autoren möchten finanziellen Unterstützung des US-Department of Energy durch die Stewardship Wissenschaft Academic Alliance DOE/NNSA (DE NA0001989 und DE-NA0002919) bei der Durchführung dieser Forschung anerkennen. Schließlich möchte die Autoren Los Alamos National Lab für ihre Zusammenarbeit zur Unterstützung der derzeit Bemühungen in den aktuellen und zukünftigen Untersuchungen zu danken.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 99.999% commercial purity polycrystalline aluminum | Goodfellow | AL007970 | Material for flyer plate (sample) |
| H13 tool steel | Fabrication Center of CWRU | N/A | Material for the sample holder |
| Solution treat & age Inconel 718 alloy | High Temp Metals | N/A | (1.005/1.015)" Dia x 24", Material for target plate |
| Photoresist S1805 | MicroChem | N/A | Material of the photoresist for holographic grating |
| Developer CD-26 | MicroChem | N/A | Developer to the photoresist for holographic grating |
| Aluminum 6063 tube | McMaster-Carr | 4568T19 | Material for the ring in target assembly |
| Black Delrin (R) Acetal Resin Rod (4-1/2" Dia.) | McMaster-Carr | 8576K81 | Material for the Delrin holder in target assembly |
| White Delrin (R) Acetal Resin Rod (1/4" Dia.) | McMaster-Carr | 8572K51 | Material for the Delrin pins in target assembly |
| Aluminum 6061 tube | McMaster-Carr | 9056K24 | Material for the body in projectile assembly |
| Aluminum 6061 rod | McMaster-Carr | 8974K88 | Material for the cap in projectile assembly |
| Teflon sheet | McMaster-Carr | 8711K98 | Material for the key |
| LAVA-FF - Alumina Silicate disc | Technical Products | CWR-033116-1 | |
| LAVA-FF - Alumina Silicate tube | Technical Products | ALR11515 | |
| Alumina Pan Slotted Head Bolt | Ceramco | A83200PANSLT0.500 | |
| 409 N70 Buna-N O-ring | The O-ring Store | B70409 | |
| Loctite Hysol 9412 adhesive | Loctite | 83107 | |
| High Temperature Cements | OMEGA Engineering | OB-300 | |
| Extra fast-set epoxy | Ellsworth | 4001 | |
| Mylar sheet | McMaster-Carr | 8567K94 |
References
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