Summary
Aquí, presentamos un protocolo detallado de un nuevo enfoque para la realización de impacto placa normal inversa a temperatura elevada y el impacto combinado de presión y corte de placa. El enfoque implica el uso de un calentador de bobina resistiva de nalgas-fin para calentar una muestra celebrada en el front-end de un casquillo a prueba de calor a la temperatura deseada.
Abstract
Se presenta un nuevo enfoque para realizar experimentos de impacto de placa normal o combinada de corte de presión a prueba de temperaturas hasta 1000 ° C. El método permite experimentos de impacto placa de temperatura elevada orientados sondeo dinámico comportamiento de materiales bajo extremos de termomecánica, mientras mitiga varios especiales experimentales retos al realizar experimentos similares utilizan el enfoque de impacto convencional de la placa. Adaptaciones personalizadas se realizan en el extremo trasero de un cañón de gas de una etapa en la Case Western Reserve University; estas adaptaciones incluyen una pieza de extensión de precisión fabricada en acero SAE 4340, que está estratégicamente diseñado para acoplar el cañón existente mientras que proporciona una alta tolerancia coincida con el agujero y chavetero. La pieza de extensión contiene un cilíndrico vertical calentador-pozo, que alberga a un conjunto del calentador. Una bobina resistiva calentador-cabeza, capaz de alcanzar temperaturas de hasta 1200 ° C, se une a un vástago vertical con grados axial/rotación de las libertades; Esto permite muestras metal delgadas en el front-end de un sabot a prueba de calor para calentar uniformemente todo el diámetro a las temperaturas de prueba deseado. Calentando la placa flyer (en este caso, la muestra) al final recámara del cañón en vez de en el extremo de destino pueden evitarse varios críticos desafíos experimentales. Estos incluyen: 1) severos cambios en la alineación de la placa de la blanco durante el calentamiento debido a la expansión térmica de los varios componentes de la Asamblea de sostenedor de destino; 2) los desafíos que se presentan debido a los elementos de diagnóstico, (es decir., rejas olográficas del polímero y sondas ópticas) están demasiado cerca de la Asamblea de destino climatizada; 3) los retos que se presentan para apuntan las placas con una ventana óptica, donde las tolerancias cruciales entre la muestra, enlace de capa y la ventana cada vez más difícil mantener a altas temperaturas; 4) en el caso de combinar compresión cizalladura placa impacto experimentos, la necesidad de rejillas de difracción resistentes de alta temperatura para la medición de la velocidad transversal de la partícula en la superficie libre del destino; y 5) limitaciones impusieron a la velocidad de impacto es necesaria para la interpretación inequívoca de la velocidad de superficie libre medida versus Perfil de tiempo debido a la térmica de ablandamiento y posiblemente rendimiento de las placas limitadoras de destino. Mediante la utilización de las adaptaciones antes mencionadas, presentamos los resultados de una serie de experimentos de impacto de placa normal de geometría inversa en el aluminio de pureza comercial en un rango de temperaturas de la muestra. Estos experimentos muestran disminución de velocidades de partículas en el Estado afectado, que son indicativas de ablandamiento del material (disminución en la tensión de flujo de la producción) con aumento de la temperatura de la muestra.
Introduction
En aplicaciones de ingeniería, los materiales son sometidos a una amplia gama de condiciones, que puede ser estática o dinámica en la naturaleza, juntada con altos niveles de deformación y temperaturas que van desde habitaciones hasta cerca del punto de fusión. Bajo estos extremos termomecánico el comportamiento del material puede variar drásticamente; así, durante casi un siglo, varios experimentos han sido desarrollados destinado a sondear la respuesta dinámica y otras características de comportamiento material mientras que bajo control carga regímenes1,2,3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14. para metales en baja las tasas de tensión intermedio (10-6-100 s), tornillo servo-hidráulico o de precisión, máquinas de ensayo universales se han utilizado para estudiar la respuesta de materiales sometidos a diferentes modos de carga y niveles de deformación. Pero como la tensión aplicada, las tasas aumentan más allá de las tasas de tensión intermedio (es decir., > 10/s2), otras técnicas experimentales sea necesarios con el fin de sondear la respuesta mecánica. Por ejemplo, carga de tarifas de 103/s hasta a 5 × 104/s tamaño completo o miniaturizados permiten de barras Hopkinson Split presión estas mediciones para hacer8,15.
Tradicionalmente, armas de gas luz y placa explosivo conducido experimentos de impacto se han utilizado para estudiar la dinámica inelasticidad y otro fenómeno como la Espalación, o fase de transformación que se producen con índices de muy alta tensión (105-10 7/s)16,17,18,19,20,21,22, o una combinación de altas presiones y carga dinámica. Habitualmente, los experimentos de impacto placa implican el lanzamiento de una placa de aviador por un sabot inicialmente en el extremo trasero de la pistola de gas, que luego viaja a lo largo del cañón y se hace chocar con una placa de destino estacionarias cuidadosamente alineados en la cámara de impacto. Como consecuencia del impacto, se generan presión normal o combinada y tensiones de esquileo en la interfaz de volante/destino, que viajan a través de las dimensiones espaciales de las placas como ondas de esfuerzo longitudinal y transversal longitudinal o combinada. La llegada de las ondas en la superficie posterior de la placa de la blanco afectan la velocidad de partícula superficial libre instantánea de la placa de la blanco, que se controla normalmente mediante técnicas interferométricas. Para permitir la interpretación de la velocidad de la partícula medida versus historia del tiempo, es necesario que se generen ondas planas con un frente paralelo a la superficie de impacto al impacto14,23. Para los efectos anteriores, se deben producir con un ángulo de inclinación de impacto del orden de Mili-radian menos12,24, con superficies de impacto de llanura mejor que unos micrómetros5,25.
Experimentos de impacto placa se han adaptado para incluir elementos calefactores que permitan investigaciones de comportamiento material para ampliar en termomecánica extremos26,27,28,29. Estas adaptaciones implican generalmente la adición de una bobina de inducción o de un calentador de resistencia hasta el destino final de la pistola de gas; Aunque estas adaptaciones han demostrado ser factibles experimentalmente, el enfoque conduce intrínsecamente a desafíos experimentales especiales que requieren consideraciones de cuidado. Algunas de estas complicaciones experimentales incluyen expansión térmica diferencial de los diversos componentes del conjunto de soporte objetivo o accesorio de la alineación mientras la placa de la blanco (muestra), que requiere ajustes de alineación en tiempo real, de la calefacción hecho generalmente con las herramientas de alineación controlado remotamente con retroalimentación continua para mantener la tolerancia de paralelismo crucial entre la placa de muestra y blanco. En el caso del esquema de experimentales de impacto placa de presión de corte, calentamiento de la muestra requiere rejillas de polímero convencional ser reemplazado por rejillas metálicas resistentes de alta temperatura para monitorear la velocidad transversal de la partícula en la superficie libre de la placa de la blanco. Por otra parte, el calentamiento de la muestra puede Agregar limitaciones en la velocidad de impacto que se puede emplear en algunos regímenes experimentales, como en la cepa alta tasa combinada configuración de impacto presión y corte de placa, donde se puede requeridos consideraciones especiales para evitar la clara interpretación de los resultados experimentales, que se calculan utilizando la impedancia acústica de la parte delantera y trasera blanco placas que puede ser dependientes de la temperatura. Por último, otros esquemas experimentales, que requieren una placa de la blanco con una ventana óptica, las tolerancias entre la muestra, capa de enlace y capas cada vez más difíciles mantener a las altas temperaturas19.
Para aliviar los desafíos experimentales mencionados anteriormente, hemos realizado adaptaciones personalizadas a la vigente etapa gas pistola en caso Western Reserve University (CWRU)7,30,31,32 . Estas modificaciones permiten muestras metal delgadas en el front-end de un zueco resistente al calor para ser calentado a temperaturas superiores a 1000 ° C, antes de la cocción, que permiten alta temperatura experimentos de impacto de placa corte de presión normal o combinado que llevó a cabo. En contraste con la mayoría de los enfoques convencionales empleados para estudios de impacto de la placa de temperatura elevada, este método se ha demostrado para aliviar varios de los desafíos experimentales descritos. Por ejemplo, este enfoque ha sido utilizado para viable alcanzar ángulos de inclinación de menos de un milli-radián sin la necesidad de ajuste de tilt remoto30o elementos ópticos adicionales para monitorear los cambios de inclinación durante el experimento. En segundo lugar, debido a que la placa de la blanco es bajo temperaturas ambientales, este método no requiere la necesidad de rejillas olográficas resistentes de alta temperatura especiales para la medición de la velocidad transversal de la partícula en los experimentos de impacto oblicuo; Además, mayores velocidades de impacto pueden ser utilizadas sin riesgo de que el objetivo de la placa y por lo tanto, reducir la complejidad en la interpretación de los resultados experimentales. Para añadir, este enfoque puede ser utilizado para realizar experimentos de impacto de placa normal de geometría inversa de alta temperatura que proporcionan relaciones de nosotros-para arriba para un material de muestra de elección. Estos pueden obtenerse mediante técnicas de adaptación de impedancias, o además, un análisis del ventilador vacuo de la superficie posterior de la muestra que llevan información sobre los cambios en la velocidad de descarga de muestra durante descarga33,34 . En la configuración de impacto temperatura elevada presión-esquile combinado placa, este enfoque permite la inelasticidad dinámica de películas delgadas a estudiar hasta una temperatura amplia y gama de deformación plástica y tasas de tensión hasta 107/s según del espesor del espécimen fino16,27,29.
Vamos a presentar los protocolos necesarios para llevar a cabo un experimento de impacto placa típica elevada temperatura mencionado. Esto será seguido por una sección dedicada representante resultados obtenidos utilizando la técnica actual. Por último, se presentará una discusión de los resultados antes de una conclusión.
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Protocol
1. muestra y preparación de Material
Nota: En el protocolo siguiente, detallaremos los pasos necesarios para la preparación de los materiales de muestra y el blanco, que se utilizará más adelante en un experimento de impacto placa normal de geometría inversa. En esta configuración, un plato de volante (también la muestra), en la parte delantera de un sabot, había lanzado por un cañón de gas de una etapa y al impacto de una placa de destino estacionarias en la cámara de objetivo de la pistola de gas. Un típico volante y destino ensamblaje de la placa que se describe en el siguiente protocolo se muestra esquemáticamente en la figura 1.
- Sección de una barra de aluminio policristalino de 99.999% pureza comercial en discos que se utilizará más adelante como las placas de flyer (muestras).
Nota: Esto puede hacerse utilizando una sierra de baja velocidad para evitar altas temperaturas y tensiones residuales en la pieza de trabajo. - Frente y girar a los discos de muestra en torno a un diámetro de 76 mm y 5,6 mm de espesor.
- Perfore tres agujeros equiespaciado 5 mm de diámetro de un círculo audaz de 62 mm de diámetro en los discos de la muestra, que se utilizará más tarde para asegurar las muestras del sabot.
- Moler ambos lados de las placas de muestra para lograr una tolerancia de planitud y paralelismo de casi 10 μm sobre el diámetro de las muestras.
- Realizar una vuelta áspera en la superficie de la placa de muestra usando una rectificadora comercial con tamaño de partícula relativamente gruesa (10-20 μm).
Nota: Un peso se puede añadir en este paso las superficies pulidas hasta un gris incluso aburrido, lo que indica la uniformidad en el diámetro del disco. - Limpiar cuidadosamente las muestras traslapadas con etanol para eliminar cualquier partículas residuales y aceite mineral. Entonces, Polaco ambas superficies de las placas de muestra utilizando pasta de diamante de 1 μm en un paño de pulido.
- Comprobar la planeidad de las muestras mediante la observación de bandas de luz a través de una óptica plana en contacto con la superficie de interés bajo una fuente de luz monocromática verde16.
Nota: La llanura puede cuantificarse mediante la observación de la curvatura de las bandas de luz en la superficie de la muestra, o contando el número de bandas en el diámetro como se muestra en la figura 2.- Movimiento en el siguiente paso si bandas de luz de 3 o menos se ven en todo el diámetro de la muestra que indica que se logra una llanura de aproximadamente 2 μm. de otra manera, repita los pasos 1.4.1 - 1.4.3 hasta 3 bandas luz o mejor.
- Realizar una vuelta áspera en la superficie de la placa de muestra usando una rectificadora comercial con tamaño de partícula relativamente gruesa (10-20 μm).
- Repita los pasos 1.1-1.3 para fabricar las placas blanco. Sección de una barra de aleación endurecida (alta resistencia) precipitación (Tabla de materiales) en discos y luego la máquina a un diámetro de 25 mm y 7 mm de espesor. Por último, triturar ambos lados a aproximadamente 10 μm.
- Ambas superficies de las placas de destino en una rectificadora con polvo de alúmina de 15 μm en aceite mineral hasta que las superficies de lograr una apariencia gris opaco incluso de vuelta.
Nota: Un tamaño de partícula equivalente de la mezcla de diamante se puede utilizar para lograr tasas de eliminación más rápidas y mejor superficie de reflexivamente. Además, pueden utilizarse pesos. - Repita el paso 1.4.2.
- Comprobar la planeidad de las placas blanco repitiendo paso 1.4.3. Si se observa 1 banda luz o mejor proceda al siguiente paso. De lo contrario, repita los pasos 1.4.1 - 1.4.3 hasta 1 banda luz o mejor. Si rejas olográficas son necesarios, vaya a paso 1.5.4, de lo contrario vaya directamente al paso 1.6.
- Ambas superficies de las placas de destino en una rectificadora con polvo de alúmina de 15 μm en aceite mineral hasta que las superficies de lograr una apariencia gris opaco incluso de vuelta.
- Utilizar un procedimiento similar como se describe en el paso 1.1-1.3 para fabricar el anillo de aluminio.
- Sección de un tubo de aluminio con los diámetros externos e internos de 41 mm y 32 mm, respectivamente, en los aros y luego frente a los lados con un grosor de 7 mm.
- Taladro de 6 3 mm diámetro ranuras equiespaciado en un círculo de pernos del diámetro de 34,5 mm. Estos serán más adelante Casa seis parciales cobre pines de voltaje, que permiten mediciones de inclinación en impacto.
- La rutina, de vuelta, limpiar y pulir ambas caras de los anillos de aluminio mediante los procedimientos detallados en el paso 1.4.
- Adherir la placa de la blanco plana para el anillo de aluminio con una mezcla de epoxi de dos partes en un plano asegurar la plataforma, como se muestra en la figura 3. Permita que el epoxi curar durante la noche a temperatura ambiente.
Nota: Las dos partes se sujetan a una etapa plana de acero con tres tornillos que están ligeramente apretadas para que el epoxi las presiones aplicadas sobre el blanco y el anillo de impiden fugas hacia el exterior a mano.- Retire cualquier adhesivo que sobra de las ranuras radiales o de la superficie de las placas mediante acetona.
- Inserte el montaje de anillo de placa de aluminio blanco en el anillo POM.
Nota: El disco POM más tarde montará en-a un soporte blanco con grados de libertad rotacionales, que permite la alineación de los materiales de prueba dentro del cañón. - Marque la posición de las seis ranuras radiales en el paso interior del anillo POM y perfore seis agujeros a través de grueso en los lugares marcados.
- Pernos de sección 6 cobre de una bobina de 15 AWG esmaltado de alambre de cobre con una longitud de ~ 50 mm y quitar el esmalte aislante capa de dos de ellos. Oprima las clavijas en las ranuras en un patrón simétrico: dos pernos de tierra se colocan en lugares opuestos del círculo. Empuje los pernos a través de las ranuras y dejar aproximadamente 2 mm que sobresale hacia el exterior de la superficie del anillo.
Nota: Los pines se utilizan para medir el ángulo de inclinación y proporcionan la señal de disparo. - Se adhieren bent-extremos de las clavijas de cobre en la superficie posterior del anillo del POM con resina de fraguado extra rápido.
- Utilice una mezcla de epoxi de dos partes de baja viscosidad para sellar el hueco entre el anillo de aluminio y la pared interna del anillo POM. Permita que el epoxi curar durante la noche a temperatura ambiente.
- Extraiga el exceso mm 2 de cobre pines que sobresalen de la superficie del anillo de aluminio. Primera sección el excedente de los pernos con una herramienta giratoria y luego arena el resto hasta la superficie con papel de 300 granos de arena húmeda, hasta que los pernos son casi rasante a la superficie del anillo de aluminio.
- De vuelta, limpiar y pulir el conjunto repitiendo los pasos 1.4.1-1.4.3. Asegúrese de que el conjunto traslapado es plano para dentro de 2-3 bandas de luz.
- Soldar los extremos de las seis clavijas de cobre en la superficie de la parte posterior del anillo POM y Monte el anillo de POM en el soporte de destino utilizando cuatro pernos de POM de diámetro de 6,35 mm.
2. montaje de encargo zueco resistente al calor
- Se reúnen los componentes de la Asamblea para el zueco resistente al calor, que se muestra en la figura 4.
- Coloque un cáncamo en el extremo inferior de la tapa de aluminio y garantizar un sellado de junta tórica y un PTFE clave en las ranuras de la tapa.
Nota: La clave y el anillo se utilizan para prevenir la inclinación y la rotación de lo sabot durante su recorrido por el cañón de la pistola.- Tire del cable de termopar a través del orificio en la parte inferior de la tapa y asegure el cable de termopar en un conector.
- Se adhieren a la tapa para el back-end y el silicato de alúmina completamente encendido tubo de roca de Lava para el front-end del tubo de aluminio con resina de solidificación rápida de dos partes.
- Tire de la sonda de termopar a través del orificio en el soporte de muestra de 76,2 mm diámetro H13-acero aleación.
- Adherir el portamuestras H13 para el front-end del tubo de Lava con cemento de alta temperatura, o adhesivo equivalente de alta temperatura.
- Aplique el cemento de alta temperatura alrededor de 25 mm de diámetro y 3 mm de espesor Lava disco sentado en la cima el agujero concéntrico de diámetro interior a través de espesor 19 mm H13 del titular de la. Permita que el cemento de alta temperatura seca durante la noche a temperatura ambiente.
- Asegurar la muestra H13 portamuestras usando tres tornillos de alúmina y asegúrese de que la llanura de la muestra no cambia mediante el protocolo descrito en 1.4.3.
3. montaje de los materiales de prueba dentro de la pistola de Gas
- Limpie la superficie frontal de la muestra y el blanco con alcohol isopropílico y luego use cinta para fijar espejos primera superficie a la superficie de cada uno.
- Tornillo de apriete de una etapa de movimiento de 3 ejes en varilla extrusión anterior la pistola cañón dentro de la cámara de impacto e instale el soporte del prisma con un prisma óptico de precisión en el escenario.
- Tirar de una cuerda a través del cañón de la pistola y coloque la cuerda en el sabot vía el perno de argolla en la tapa de aluminio.
- El sabot en barril del arma con la muestra hacia la cámara y el conjunto de sujetador blanco en la cámara de destino frente a la muestra.
- Alinee la posición del objetivo ajustando las cuatro clavijas de posicionamiento POM hasta la primera superficie del espejo en el objetivo se alinea con el espejo de primera superficie de la muestra.
- Realizar un áspero alinear del paralelismo entre las placas de muestra y blanco mediante una bombilla difusa y un espejo reflectante. Ajuste la etapa hasta que una sola imagen reflejada continuo del bulbo puede verse en todas las superficies en el prisma de la alineación.
- Utilizar un colimador automático24 para lograr la alineación fina.
- Ajustar la etapa hasta que la imagen reflejada de la Cruz de la superficie del prisma esté alineada con la imagen reflejada por el espejo de primera superficie de la muestra.
- Ajuste el montaje de meta girando los tornillos de posicionamiento en el soporte del objetivo hasta que la imagen reflejada de la Cruz de la superficie del prisma esté alineada con la imagen reflejada por el espejo de primera superficie en el destino.
- Retire los espejos de primera superficie de la muestra y el blanco. También Retire el espejo reflectante, prisma, porta prisma y la etapa de ajuste de la cámara de impacto.
- Tire el zueco hasta el final trasero del cañón de gas usando la cuerda y luego retire la cuerda de la tapa.
- Dejar ~ 2,5 mm la distancia entre el casquillo y la cabeza del calentador y en consecuencia ajustar la longitud de los tornillos que impiden el movimiento posterior del sabot hacia la recámara.
- Conecte el par térmico para el monitor diagnóstico de temperatura.
Nota: El cable térmico-par en el extremo del monitor de temperatura ha sido puesto dentro del barril a través del tubo de vacío con un paso.
4. arreglo y alineación de los diagnósticos basados en láser
- Poner dos anclajes roscados en los agujeros en la parte posterior del soporte de punta de prueba del enfoque. Apriete los dos tornillos a través de las anclas hasta que alcanzan el POM para permitir la libertad cambiar el ángulo del haz incidente.
- Perfore un agujero a través del espesor en la parte inferior del soporte de punta de prueba del enfoque y fijarlo en un imán cilíndrico roscado.
- Tire una sonda de fibra óptica de enfoque a través de un tubo de aluminio y la sonda en el tubo de aluminio del pegamento aplicando extra fast-set epoxy alrededor de la cabeza de la sonda y el tubo de aluminio. Empuje el cabezal de la sonda como delantero en el tubo como sea posible, pero asegúrese de dejar el lente de la sonda de epoxy. Espere hasta que el epoxy extra fast-set está templado.
- Conectarse el enfoque óptico de la todo-fibra-optica NDI/TDI interferómetro31y coloque el conjunto de enfoque sobre el soporte blanco apuntando hacia la superficie posterior de la blanco.
- Activar el láser, en este caso una fibra del erbio de 2W junto a laser, a 0.2-0.4 W de potencia. A continuación, ajuste la posición de la sonda de enfoque utilizando los tornillos de conexión en el conjunto del mecanismo de enfoque hasta que enganche luz adecuada se logra y se optimiza la señal adquirida.
- Ajuste del acoplador de proporción variable para que coincida con la intensidad de la referencia y cambiado de puesto de Doppler de la luz hasta que la señal que se muestra en el osciloscopio está optimizada.
Nota: Si necesita movimiento transversal diagnóstico, consulte pasos 4.5-4.6. - Poner dos anclajes roscados en los agujeros en la parte posterior del soporte del mecanismo de enfoque del POM y apriete los dos tornillos a través de las anclas hasta que toquen el POM.
- Perfore un agujero a través del espesor en la parte inferior del soporte de punta de prueba del enfoque y fijarlo en un imán cilíndrico roscado.
- Tire una sonda de colimador de fibra óptica a través de un tubo de aluminio y la sonda en el tubo de aluminio del pegamento aplicando extra fast-set epoxy alrededor de la cabeza de la sonda y el tubo de aluminio. Empuje el cabezal de la sonda como delantero en el tubo como sea posible, pero asegúrese de dejar el lente de la sonda de epoxy. Espere hasta que el epoxy extra fast-set está templado.
- Repita los pasos anteriores en el 4.4 para hacer dos asambleas y ponerlos en la cámara.
- Ajustar la posición y los ángulos de las recepción colimadores de fibra óptica con el imán y los dos tornillos en el soporte POM hasta la intensidad de la primera orden difractada vigas medidos por los monitores de energía se optimiza.
- Desconecte al monitor de energía y conectar los dos colimadores recibidos a la óptica de fibra todo TDI interferómetro31.
5. ejecución de experimentos de impacto temperatura alta geometría inversa placa Normal/presión-seguridad
- Asegure la brida principal apretando las cuatro abrazaderas en la entrada de la cámara y luego cierre la cámara con una película de poliéster empernada a un reborde del secundario.
- Aumentar la presión del sello ~ 207 kPa y luego cierre la pistola de gas en el extremo trasero apretando los tornillos de la brida.
- Encienda la bomba de vacío de la recámara-final y luego encienda la bomba de vacío de cámara final de destino.
- Asegúrese de que no hay movimiento de sabot hacia la cámara causada por la diferencia de presión entre el frente y la parte posterior del sabot. Espere hasta que la cámara se evacua a una presión inferior a 100 mTorr.
- Encienda el sistema de medición de velocidad de impacto láser amplitud basado en sabot.
- Mover el calentador hasta la posición marcada y encienda el calentador. Aumentar la temperatura de la calefacción con incrementos de 100 ° C hasta que se alcanza la temperatura de la muestra deseada.
- Presurice la leña cámara descarga ~ 1103 kPa y la cámara de carga a un nivel deseado según el elegido velocidad de impacto. También, asegure el receptor sabot a la cámara.
- Apague el calentador e inmediatamente subir la calefacción hacia arriba hacia el pozo de calentador. Registrar la temperatura mostrada en la temperatura del monitor de diagnóstico medida por el termopar zueco en la superficie de la muestra.
- Abra inmediatamente la válvula del sello y liberación del compartimiento de la descarga de la leña una vez que el sello de presión baje a cero.
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Representative Results
Un 82,5 mm de diámetro, longitud de 6 m, pistola de gas de una etapa en CWRU capaces de aceleración 0,8 kg proyectiles a velocidades de hasta 700 m/s se utilizó en la realización de los experimentos actuales. La figura 5 muestra una fotografía de la instalación del cañón de gas modificado en CWRU. Antes de la cocción, el sabot diseñado personalizado está ubicado dentro de la obra de extensión de calentador, que se muestra en la figura 6. La pieza lleva una vertical bien calentador que permite un calentador de bobina resistiva para moverse dentro y fuera de la ruta del sabot. Esta bobina de calentador permite que la placa de volante en la parte delantera del sabot a calefactar mediante radiación libre bajo vacío a las temperaturas de prueba deseado. El sabot es personalizada diseñada para llevar la placa de calefacción volante mientras que la mitigación del flujo del calor de la placa del volante en el cuerpo de sabot, mitigando el riesgo de asimiento de lo sabot debido a la posible dilatación del cuerpo sabot. El diseño personalizado sabot se muestra esquemáticamente en la figura 7. La clave para el diseño es el tubo aislador de cerámica, hecho de silicato de alúmina completamente cocido, escogido por su baja conductividad térmica, baja expansión térmica y excelente resistencia en comparación con otra cerámica labrable disponible comercialmente. Una vez que se alcanza la temperatura deseada de ensayo, la cabeza del calentador manualmente es movida fuera de la trayectoria del proyectil y ubicada en el pozo de calentador. Justo antes de disparar la pistola de gas, la temperatura de la muestra se registra a través de una sonda de termopar conectada a la parte delantera de la placa del volante. Para este experimento particular, la velocidad del proyectil es de aproximadamente 100 m/s, por otra parte, suponiendo que la aceleración constante, más tarda una décima de segundo para el proyectil para alcanzar el objetivo, por lo tanto, la temperatura registrada justo antes de la cocción es cree que es una buena estimación de la temperatura de la muestra inicial de impacto. A continuación, se realiza el protocolo de disparar. Cuando la presión del sello de la recámara alcanza la presión atmosférica y la presión de disparo se vuelca en la descarga de la leña del compartimiento, el pistón manteniendo un sello entre el cañón de pistola y cámara de carga es desplazada hacia atrás. Esto permite para que el gas de alta presión rápidamente fluir hacia afuera de la recámara y lanzar el sabot. El sabot viaja abajo de la longitud de la cañón y está hecha para impactar con la placa de destino estacionarias en la cámara.
El zueco diseñado personalizado permite la placa volante normal o inclinado con respecto al eje del movimiento. Figura 8 y figura 9 esquemáticamente demuestran la placa normal y oblicua inversa configuraciones de impacto, respectivamente; sin embargo, sólo la configuración de impacto inverso placa normal se describe en el presente manuscrito. La figura 10 muestra una fotografía de un conjunto de soporte objetivo típico utilizado en estos experimentos. Los grados de libertad rotacionales permiten una alineación precisa de la placa de la blanco a la placa del volante. Alineación se realiza utilizando un prisma trabajado a máquina precisión junto con un autocolimador, como se muestra esquemáticamente en la figura 11. Durante la alineación, vigas paralelas de la autocolimador reflejan de la superficie del prisma, objetivo y placa del volante; un tercer rayo se refleja en la superficie interior del prisma. Los rayos reflejados siguen siendo paralelas si y sólo si las superficies de placa de flyer y destino son paralelas entre sí y perpendiculares a la superficie posterior del prisma. Las vigas paralelas de venir luego convergen para formar una sola imagen de la retícula de autocolimador lo que significa que las superficies estén alineadas.
Para el esquema de impacto placa normal inversa, tras el impacto, se generan tensiones normales en la interfaz de volante/destino que viajan a través de las dimensiones espaciales de las placas como una onda de tensión longitudinal con un frente paralelo a la superficie de impacto (siempre y cuando la llanura y las tolerancias de paralelismo se han cumplido). Tras el impacto, los pernos de tensión parcial entran en contacto con la placa metálica flyer por sabot, creando un camino a tierra. Las señales de los pines cortocircuitados son monitoreadas a través del circuito de adquisición de inclinación, digitalizadas y luego grabadas a través de un osciloscopio. Estas señales proporcionan información cuantitativa sobre la inclinación máxima al impacto, así como, el plano de inclinación y además proporcionan un pulso de disparo para el osciloscopio comenzar la grabación de las señales de los diagnósticos de movimiento normal. En el presente estudio, un en-casa-construido todos fibra óptica base combinado normal e interferómetro de desplazamiento transversal se utiliza para supervisar el movimiento de superficie libre de la blanco (figura 12). Figura 13 muestra los datos registrados durante un experimento de impacto placa normal de geometría inversa exitosa. Los datos en este terreno permiten al usuario confirmar que el protocolo indicado arriba se ha realizado correctamente. Se muestra en rojo es la señal proporcionada por el circuito de adquisición de inclinación. Para este experimento, la diferencia de tiempo entre el cortocircuito de los pasadores de primera y la última tensión parcial es de aproximadamente 180 ns, que indica que la distancia entre el primer y último punto de contacto durante el impacto era cerca de 18 μm (teniendo en cuenta que el proyectil viajó a 100 m/s), por lo que la máxima inclinación en el impacto medido en el círculo de perno 34,5 mm era aproximadamente 0,52 mrad. Si el protocolo de alineación no se realiza satisfactoriamente, se observaría un mayor tiempo de inclinación, y un nivel de inclinación mayor que una pareja mrad podría Sweetie el perfil de la onda de choque se mide en la superficie libre. Otra indicación de un experimento exitoso es la diferencia de tiempo entre el primer pasador en corto y la llegada de la onda longitudinal en la superficie libre de la placa de la blanco. La onda de tensión generada en impacto viaja a una velocidad constante siempre que la placa de destino queda elástica. Para la barra de la aleación utilizada en este estudio, la velocidad de la onda longitudinal es aproximadamente 5820 m/s, por lo tanto sabiendo el espesor del blanco, 7 m m, sugiere que la onda longitudinal debe llegar aproximadamente 1,2 μs después del impacto. En la figura 13, la llegada de la onda de tensión longitudinal se caracteriza por una rápido golpe variación frecuencia y amplitud de la señal adquirida de los diagnósticos de movimiento normal. Una llegada tardía de la onda de tensión longitudinal podría indicar una inclinación grande, inelasticidad de la placa de la blanco, o preparación para el montaje inadecuado destino.
Figura 14 muestra el esquema de la tensión versus diagrama de velocidad de partícula para un experimento de impacto placa de compresión general choque normal en el que el volante precalentado y la placa de la blanco pueden sufrir elástico-plástico deformación en el impacto. Los loci de los Estados de estrés/partícula velocidad para la placa de la blanco bajo tensión uniaxial se representa por la curva negra pasa por el origen, mientras que los loci de los Estados de estrés/partícula velocidad para el flyer está representada por la curva negra intersección del eje de velocidad de partícula en la velocidad del proyectil. La curva roja que corte el eje de velocidad de la partícula a la velocidad del proyectil está destinada a ilustrar el posible efecto de la temperatura en el lugar de los Estados de la muestra. Para un impacto contra una muestra de la temperatura ambiente, en la interfase muestra/blanco la placa de la blanco se mueve desde un estado sin carga (1), a un estado de carga (3), siguiendo el guión y punto (línea Raleigh) con una pendiente igual a la impedancia longitudinal de la placa de la blanco material en el estado (3), mientras que la placa de la muestra se mueve de un estado de descarga (2) a un estado de carga (3), siguiendo la línea de Raleigh con una pendiente igual a la impedancia longitudinal de la muestra en el estado (3). La intersección entre estas dos líneas revelan los Estados tensión y la velocidad máxima alcanzables a través de impedancias durante este experimento en la interfaz de muestra/de la blanco. Por otra parte, los Estados de estrés/partícula velocidad en el efecto de interfaz muestra/target indica la velocidad de la partícula en la superficie libre del destino de la placa, esto se muestra como estado (4). Impacto contra una muestra con una impedancia acústica longitudinal inferior, daría lugar a un cambio en los Estados alcanzables en la interfaz de muestra/objetivo de (3) a (5) y por lo tanto, en la superficie libre del blanco (4) a (6), por lo tanto, esto demuestra como pequeños cambios en la impedancia acústica longitudinal de la muestra son detectables mediante el control de la velocidad de la partícula en la superficie libre de la placa de la blanco.
Nota, que la velocidad de partícula en la superficie libre del objetivo es al menos dos veces la velocidad de la partícula en la interfaz de muestra/destino, pero este factor cambia en función de la velocidad de propagación de la onda de plástico, por lo tanto, el estado de estrés en la muestra / interfaz de destino se estima utilizando7
donde 
representa un intervalo de tiempo discritzed como 
, donde h es el inverso de la frecuencia de muestreo del osciloscopio (2.5 x 10 10/s), 
donde L es el espesor de la placa de la blanco y 
es una velocidad dependiente de esfuerzo medio de propagación plástica en la placa del objetivo medido en la superficie libre en tiempo . 
, y 
son respectivamente, la densidad y elástico la velocidad de onda longitudinal de la placa de la blanco y 
es la velocidad de la partícula medida en la superficie libre de la placa de la blanco. Además, desde la partícula superficie libre medida velocidad correspondiente a la meseta de velocidad (estado (3)), la impedancia acústica longitudinal del aviador (muestra) puede estimarse usando32
La figura 15 muestra el rastro de la velocidad de partículas de la superficie libre Obtenido de los diagnósticos de movimiento normal. Este rastro inicialmente manifiesta un aumento relativamente fuerte en velocidad relacionadas con la dinámica del impacto, seguido de una meseta resultante de un fósforo de la impedancia entre las placas volante y objetivo que se sustenta a través de la duración del experimento. El aumento de la velocidad inicial se relaciona directamente con la fuerza dinámica y el incipiente flujo plástico del material de placa de objetivo, mientras que la velocidad en la meseta de choque está relacionado con el fósforo de la impedancia entre las placas blanco y el volante. La figura muestra claramente progresivamente decreciente velocidades de partículas en la meseta de velocidad de frente de onda y partícula en función del aumento de temperatura, sugiriendo posible ablandamiento térmico o impedancia longitudinal monótonamente decreciente de la muestra del material con la temperatura.
El resultado más interesante puede verse en la figura 16, que muestra de que la traza de velocidad de partícula superficial libre normal obtenida invertir geometría placa normal impacto experimentos realizados en magnesio policristalino de pureza comercial. Del mismo modo, a la figura 15, figura 16(a) muestra monótonamente decreciente velocidades de partículas en la meseta de choque con el aumento de las temperaturas en la gama del ° c 23 – 610, sin embargo, a temperaturas más allá de este nivel (es decir, 617, 630 ° c), un reversión de esta tendencia puede observarse claramente. Este aumento en la velocidad de la partícula sugiere un aumento en la impedancia de descarga de la muestra, por otra parte, suponiendo que las constantes elásticas del material disminuyen en función del aumento de temperatura, entonces un aumento en la impedancia de descarga, en este caso, sugiere un aumento en el límite de elasticidad o módulo plástico de la muestra. Busca cuidadosamente en la figura 16(b) se aprecia que el aumento en la velocidad de la partícula en la meseta de shock se acompaña de un aumento en los niveles de velocidad de partícula a lo largo de la subida inicial de la traza de velocidad de la partícula, que se correlaciona con la niveles de estrés en la interfaz de muestra/de la blanco durante la plasticidad incipiente de la muestra. La figura 17 muestra micrografías de secciones de la superficie de impacto de muestras post-test. Las imágenes muestran dos efectos notables en la microestructura como consecuencia del aumento de temperatura. En primer lugar, las imágenes muestran granos de maduración con temperatura creciente de la muestra, que se espera. Sin embargo, las imágenes también muestran un cambio en las formaciones de banda doble, que se manifiestan como funciones tabulares o líneas con un ancho finito que cortar a través de granos. Mirando detenidamente las imágenes correspondientes a temperaturas de 23 a 500 ° c, una reducción clara en bandas gemelas se observan con el aumento de temperatura. Sin embargo, a temperaturas más altas (es decir, 610, 617, 630 ° c) se observa un resurgimiento de estas bandas doble, que sugiere que formación de doble banda es favorecida en el último extremo de este rango de temperatura. Puesto que la deformación plástica en magnesio se acomoda a través de mecanismos competitivos de formaciones de doble banda y slip, es plausible que la formación de banda doble favorecido observada en el caso de temperatura mayor de prueba sugiere que deslizamiento se ha vuelto más difícil en estas condiciones.
Figura 1: esquema de un conjunto de plato típico volante placa y destino. Esta figura muestra un sencillo esquema de las Asambleas de placa de flyer y destino utilizadas en una configuración experimental actual. Un protocolo detallado para la preparación de estas partes se detallan en los pasos 1.1-1.7. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: fotografía del método de medición de planicidad. Esta figura muestra la medición de planitud en las placas mediante la colocación de una óptica en la superficie de interés bajo una luz monocromática verde. Llanura puede ser cuantificados (una) mediante la observación de la curvatura de las bandas de luz en la superficie de la muestra, o (b) contando el número de bandas en todo el diámetro. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: fotografía de un piso de seguridad rig. Esta figura muestra la placa de la blanco y el anillo de aluminio estén fijados a una etapa plana de acero con tres tornillos que están ligeramente apretadas para que las presiones aplicadas sobre el blanco y el anillo impiden que el epoxi escaparse hacia fuera a mano. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: fotografía de los componentes en el diseño de zueco. Esta figura muestra los componentes de la Asamblea de encargo zueco resistente al calor. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: instalación de Gas-gun en CWRU. Esta figura muestra una fotografía de la instalación de cañón de gas de una sola etapa en Case Western Reserve University. Se muestra en rojo es la costumbre había diseñado sistema de calefacción que mates con el cañón existente y permite deseado las condiciones de temperatura para ser impartidas en el sabot. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6: esquema de la calefacción. Esta figura muestra un esquema del sistema de calefacción a la recámara de cañón de gas de una etapa de alta presión. La pieza de extensión personalizada incorpora un calentador-pozo que alberga una bobina de calentador resistivo en un tallo con grados de libertad rotacionales y axiales. Esta bobina puede mover en línea con el proyectil y muestras de metal fino de calor en la parte delantera de lo sabot a temperaturas superiores a 1000 ° C, antes de la cocción. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7: esquema de zueco resistente al calor. Esta figura muestra un esquema de sabot utilizado en la configuración experimental actual. El tubo de silicato de alúmina ayuda a mitigar el flujo del calor de la muestra de metal delgada caliente al cuerpo sabot, minimizando así el riesgo del asimiento de sabot en el cañón debido a la posible dilatación térmica del cuerpo sabot. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 8: esquemático del experimento de impacto normal placa de alta temperatura configuración inversa. El sabot llevando la placa de calefacción volante es había propulsado por el cañón de la pistola y a chocar con la Asamblea de destino. Tras el impacto, pasadores traslapados al ras con la placa de la blanco proporcionan pulso de gatillo e inclinación diagnóstico, mientras que el libre movimiento superficial de la placa de la blanco se monitorea a través de PDV construido personalizado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 9: esquema del experimento de impacto típica placa oblicua simétrico. En esta configuración, un plato de volante está inclinado respecto al eje del movimiento, que tras el impacto proporciona componentes transversales y normales de movimiento con respecto a la normal de la superficie de impacto. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 10: fotografía de un conjunto de soporte típico objetivo. Esta figura muestra el montaje del portapapel destino típico utilizado para cualquiera de los dos experimentos de impacto normal u oblicua de la placa. La Asamblea de destino que se muestra en el centro se une al titular de destino vía pernos POM, y grados de libertad rotacionales permiten una alineación precisa ser hecho. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 11: esquema de alineación de prisma. Esta figura muestra una ilustración del esquema de alineación de las placas de flyer y objetivo usando un prisma de ángulo recto de alta precisión conjuntamente con un autocolimador. Vigas paralelas (mostrados en rojo) de la autocolimador reflejan de la superficie del prisma, objetivo y placa del volante, un tercer rayo se refleja de la superficie interior del prisma. Los rayos reflejados (se muestra en negro) mantienen paralelismo dado que las superficies de placa de flyer y destino son paralelas entre sí y perpendiculares a la superficie posterior del prisma. El entrante de vigas paralelas convergen para formar una sola imagen de la retícula de la autocolimador. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 12: esquema de la costumbre todos fibra óptica basado en combinado sistema de interferómetro de desplazamiento transversal y normal. Esta configuración utiliza un PDV modificado, se muestra en azul supervisar el normal movimiento de la placa de la blanco e iluminar una rejilla holográfica en la superficie libre del objetivo, creando múltiples orden difractada vigas. Estas vigas (generalmente primera orden) pueden ser acopladas en las fibras y combinar para crear variaciones de ritmo de frecuencia proporcional al movimiento transversal de la placa de la blanco, esto se muestra en rojo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 13: datos en bruto de un plato normal típico impactan experimento. Esta figura muestra la señal grabada obtenida durante un experimento de impacto placa normal de geometría inversa típico. Se muestra en rojo es la señal obtenida de los pernos de tensión parcial en corto Unidos al anillo de aluminio durante el impacto. La diferencia de tiempo entre la primera y la última pin en corto dar una estimación de la máxima inclinación en el impacto, y la orden de que los pasadores están cortocircuitados permiten estimaciones sobre el plano de inclinación a realizar. Se muestra en negro la señal procede de nuestro diagnóstico de movimiento normal, aquí las variaciones de frecuencia beat están relacionados con el movimiento normal de la superficie libre de la placa de la blanco. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 14: estrés versus diagrama de velocidad de partícula para un experimento de impacto placa normal de configuración inversa. Esta figura muestra la tensión versus diagrama de velocidad de partícula para un experimento de impacto de placa normal de geometría inversa de temperatura elevada. La curva centrada en datos de origen el lugar geométrico de todos los Estados de estrés alcanzable para la placa de la blanco isótropo, mientras que la curva que se origina en los datos de0 V el lugar geométrico de todos los Estados para la muestra del material a temperatura ambiente, por otra parte, la curva roja intersección Vo está destinada a mostrar el posible efecto de aumento de la temperatura. Tras el impacto contra una muestra de la temperatura, la placa de la blanco se mueve de un estado sin carga (1) a un estado de carga (3), mientras que, si se hace impacto contra una muestra previamente calentada, el objetivo pasará de estado (1) al estado (5), por lo tanto, cambiando la superficie libre Estados de velocidad de partícula (4) a (6). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 15: registro de la velocidad Normal de superficie libre para la configuración experimental actual. Esta figura muestra el rastro de la velocidad de partícula superficie libre Obtenido de los diagnósticos de movimiento normal. Este rastro inicialmente manifiesta un aumento relativamente fuerte en velocidad relacionadas con la dinámica del impacto, seguido de una meseta resultante de un fósforo de la impedancia entre las placas volante y objetivo que se sustenta a través de la duración del experimento. El aumento de la velocidad inicial se relaciona directamente con el estrés en la muestra de en la interfaz de volante y destino como evoluciona el impacto, considerando que la velocidad en la meseta de choque se relaciona con la impedancia del match entre el blanco y el volante placas. En general, la trama muestra disminución de velocidades de la partícula, con aumento de la temperatura, y esto sugiere posible ablandamiento térmico de la muestra del material bajo las condiciones actuales de carga. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 16. Seguimiento de velocidad de partícula superficial libre normal obtenidos de experimentos realizados en magnesio policristalino de pureza comercial. a muestra monótonamente decreciente de velocidades de la partícula en la meseta de choque de temperaturas que van desde habitaciones a 610 ° c, sin embargo a temperaturas más altas (617, 630 ° c), la tendencia se invierte. (b) muestra que este incremento en la velocidad de la partícula es también evidente en el aumento inicial de la traza de velocidad de la partícula. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 17. Imágenes de microescala de un corte transversal del impacto posterior analizar muestras. Las imágenes muestran dos efectos notables en la microestructura de la muestra como resultado del aumento de temperatura. En primer lugar, las imágenes muestran granos de maduración con el aumento de temperatura de la muestra, pero más interesante es el cambio en las formaciones de banda doble, que se manifiestan como funciones tabulares o líneas con ancho finito que cortar a través de granos. Para temperaturas de 23 a 500 ° c, una disminución en la formación de la banda de gemelos pueden ser observadas, sin embargo, cuando las temperaturas aumentan más allá de este punto (es decir, 610, 617, 630 ° c) claramente se observa un resurgimiento de bandas dobles. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Discussion
El método y el Protocolo mencionados detallada el procedimiento para realizar correctamente un experimento de impacto placa normal de geometría inversa en las temperaturas elevadas. En este enfoque, hacer modificaciones personalizadas en el cañón en el extremo de alta presión (nalgas) de la pistola de gas existentes en Case Western Reserve University, para una bobina de calentador resistivo con grados de libertad rotacionales y axiales. El sistema de bobina de calentador resistente permite a muestras de aluminio fina, celebradas en el front-end de un sabot calentador resistente, al ser calentados a temperaturas de fusión (más de 640 ° C), casi antes de la cocción. Usar el calentador vivienda adaptación juntada con un casquillo a prueba de calor, elevada temperatura placa impacto experimentos fueron realizados sin necesidad de especiales consideraciones experimentales, que son típicos cuando se utiliza el enfoque convencional, tales como , la necesidad de mando a distancia ajuste con retroalimentación en tiempo real para mantener el paralelismo de las placas blanco y el volante durante el proceso de calentamiento de la inclinación. En general, el nuevo enfoque reduce el número de pasos en la sección de protocolo, comparado con el abordaje convencional.
En la sección de protocolo experimental, detallamos los pasos necesarios para: 1) preparación material muestra y objetivo, donde cuidadosamente se mecanizan las placas volante y destino, espaciadas y pulido, a dentro de las tolerancias de planitud y paralelismo necesaria para la generación de ondas planas con un frente suficientemente paralelo a la superficie de impacto; 2) montaje de encargo zueco resistente al calor capaz de conseguir una placa de la muestra calentada, mientras que la mitigación del flujo del calor en el cuerpo de zueco y el cañón. Además, el sabot alberga una clave, que mates a la tecla-forma existente en la pistola del barril para evitar la rotación de la Asamblea entera sabot durante su recorrido hacia abajo de la longitud de la cañón. Por último, en los pasos 3-5 detallamos el protocolo para la alineación de las placas muestra y objetivo antes de realizar los experimentos, calefacción de la placa de flyer (muestra) y la ejecución de los experimentos. En la sección posterior, hemos mostrado cómo se podría verificar la exactitud del Protocolo de los datos crudos proporcionados en la figura 1. Finalmente, presentamos los resultados de placa normal de temperatura elevado éxito experimentos de impacto, que permiten las mediciones de los Estados de estrés/partícula velocidad en la interfaz de muestra y destino, así como a la acústica longitudinal dependiente de la temperatura impedancia de la muestra.
En un futuro cercano, con ajustes apropiados en el diseño de zueco, este método se espera para permitir mayor temperatura placa impacto experimentos, que permitirán su uso en sondeo dinámico comportamiento material de los materiales de punto de fusión mayor a cerca de temperatura de fusión. Dada la versatilidad de este enfoque, varios diferentes configuraciones experimentales se utilizará para el estudio de comportamiento dinámico del material lineal. Por ejemplo, experimentos de impacto de la placa de geometría inversa pueden ser convenientemente diseñados para realizar mediciones de ondas de choque de temperaturas elevadas velocidades en metales en el aumento de la temperatura, mientras que experimentos de impacto de placa de presión de corte pueden ser realizados para evaluar dinámica inelasticidad en grandes tensiones y muy altas tasas de corte.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Los autores desean reconocer el apoyo financiero del Departamento de energía de Estados Unidos a través de la administración ciencia académica Alianza DOE/NNSA (DE NA0001989 y DE NA0002919) en la realización de esta investigación. Por último, los autores desean agradecer a Laboratorio Nacional Los Álamos por su colaboración para apoyar los esfuerzos que en las investigaciones actuales y futuras.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 99.999% commercial purity polycrystalline aluminum | Goodfellow | AL007970 | Material for flyer plate (sample) |
| H13 tool steel | Fabrication Center of CWRU | N/A | Material for the sample holder |
| Solution treat & age Inconel 718 alloy | High Temp Metals | N/A | (1.005/1.015)" Dia x 24", Material for target plate |
| Photoresist S1805 | MicroChem | N/A | Material of the photoresist for holographic grating |
| Developer CD-26 | MicroChem | N/A | Developer to the photoresist for holographic grating |
| Aluminum 6063 tube | McMaster-Carr | 4568T19 | Material for the ring in target assembly |
| Black Delrin (R) Acetal Resin Rod (4-1/2" Dia.) | McMaster-Carr | 8576K81 | Material for the Delrin holder in target assembly |
| White Delrin (R) Acetal Resin Rod (1/4" Dia.) | McMaster-Carr | 8572K51 | Material for the Delrin pins in target assembly |
| Aluminum 6061 tube | McMaster-Carr | 9056K24 | Material for the body in projectile assembly |
| Aluminum 6061 rod | McMaster-Carr | 8974K88 | Material for the cap in projectile assembly |
| Teflon sheet | McMaster-Carr | 8711K98 | Material for the key |
| LAVA-FF - Alumina Silicate disc | Technical Products | CWR-033116-1 | |
| LAVA-FF - Alumina Silicate tube | Technical Products | ALR11515 | |
| Alumina Pan Slotted Head Bolt | Ceramco | A83200PANSLT0.500 | |
| 409 N70 Buna-N O-ring | The O-ring Store | B70409 | |
| Loctite Hysol 9412 adhesive | Loctite | 83107 | |
| High Temperature Cements | OMEGA Engineering | OB-300 | |
| Extra fast-set epoxy | Ellsworth | 4001 | |
| Mylar sheet | McMaster-Carr | 8567K94 |
References
- Davies, R. M. A critical study of the Hopkinson pressure bar. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 240, 375-457 (1948).
- Kolsky, H. An investigation of the mechanical properties of materials at very high rates of loading. Proceedings of the Physical Society. Section B. 62, 676 (1949).
- Gilat, A., Cheng, C. -S. Torsional split Hopkinson bar tests at strain rates above 104s− 1. Experimental Mechanics. 40, 54-59 (2000).
- Harding, J., Wood, E., Campbell, J. Tensile testing of materials at impact rates of strain. Journal of Mechanical Engineering Science. 2, 88-96 (1960).
- Clifton, R. J., Klopp, R. W. Pressure-shear plate impact testing. Metals handbook. 8, 230-239 (1985).
- Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. Mechanical Response of 99.999% Purity Aluminum Under Dynamic Uniaxial Strain and Near Melting Temperatures. International Journal of Impact Engineering. 113, 180-190 (2017).
- Wang, T., Zuanetti, B., Prakash, V. Shock Response of Commercial Purity Polycrystalline Magnesium Under Uniaxial Strain at Elevated Temperatures. Journal of Dynamic Behavior of Materials. 3, 497-509 (2017).
- Dike, S., Wang, T., Zuanetti, B., Prakash, V. Dynamic Uniaxial Compression of HSLA-65 Steel at Elevated Temperatures. Journal of Dynamic Behavior of Materials. 3, 510-525 (2017).
- Okada, M., Liou, N. -S., Prakash, V., Miyoshi, K. Tribology of high speed metal-on-metal sliding at near-melt and fully-melt interfacial temperatures. Wear. 249, 672-686 (2001).
- Prakash, V., Clifton, R. J. Fracture Mechanics: Twenty Second Symposium (vol. 1). , Astm Special Technical Publication. (1992).
- Prakash, V., Mehta, N. Uniaxial Compression and Combined Compression-and-Shear Response of Amorphous Polycarbonate at High Loading Rates. Polymer Engineering and Science. 52, 1217-1231 (2012).
- Lee, Y., Prakash, V. Dynamic fracture toughness versus crack-tip speed relationship at lower than room temperature for high strength 4340VAR structural steels. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 46, 1943-1967 (1998).
- Lee, Y., Prakash, V. Dynamic brittle fracture of high strength structural steels under conditions of plane strain. International Journal of Solids and Structures. 36, 3293-3337 (1999).
- Yuan, F., Prakash, V., Lewandowski, J. J. Shear yield and flow behavior of a Zirconium-based bulk metallic glass. Mechanics of Materials. 42, 248-255 (2010).
- Shazly, M., Prakash, V., Draper, S. Mechanical behavior of Gamma-Met PX under uniaxial loading at elevated temperatures and high strain rates. International Journal of Solids and Structures. 41, 6485-6503 (2004).
- Klopp, R., Clifton, R., Shawki, T. Pressure-shear impact and the dynamic viscoplastic response of metals. Mechanics of Materials. 4, 375-385 (1985).
- Arvidsson, T. E., Gupta, Y., Duvall, G. E. Precursor decay in 1060 aluminum. Journal of Applied Physics. 46, 4474-4478 (1975).
- Gilat, A., Clifton, R. Pressure-shear waves in 6061-T6 aluminum and alpha-titanium. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 33, 263-284 (1985).
- Barker, L., Hollenbach, R. Shock wave study of the α⇄ε phase transition in iron. Journal of Applied Physics. 45, 4872-4887 (1974).
- Shazly, M., Prakash, V. Shock response of a gamma titanium aluminide. Journal of Applied Physics. 104, 083513 (2008).
- Yuan, F., Prakash, V., Lewandowski, J. J. Spall strength and Hugoniot elastic limit of a Zirconium-based bulk metallic glass under planar shock compression. Journal of Materials Research. 22, 402-411 (2007).
- Yuan, F. P., Prakash, V., Lewandowski, J. J. Spall strength of a zirconium-based bulk metallic glass under shock-induced compress ion-and-shear loading. Mechanics of Materials. 41, 886-897 (2009).
- Prakash, V. A pressure-shear plate impact experiment for investigating transient friction. Experimental Mechanics. 35, 329-336 (1995).
- Kumar, P., Clifton, R. Optical alignment of impact faces for plate impact experiments. Journal of Applied Physics. 48, 1366-1367 (1977).
- Prakash, V. Time-resolved friction with applications to high speed machining: experimental observations. Tribology Transactions. 41, 189-198 (1998).
- Frutschy, K., Clifton, R. High-temperature pressure-shear plate impact experiments using pure tungsten carbide impactors. Experimental mechanics. 38, 116-125 (1998).
- Frutschy, K., Clifton, R. High-temperature pressure-shear plate impact experiments on OFHC copper. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 46, 1723-1744 (1998).
- Zaretsky, E., Kanel, G. I. Effect of temperature, strain, and strain rate on the flow stress of aluminum under shock-wave compression. Journal of Applied Physics. 112, 073504 (2012).
- Grunschel, S. E. Pressure-shear plate impact experiments on high-purity aluminum at temperatures approaching melt. , Brown University. (2009).
- Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. A Novel Approach for Plate Impact Experiments to Determine the Dynamic Behavior of Materials Under Extreme Conditions. Journal of Dynamic Behavior of Materials. 3, 64-75 (2017).
- Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. A compact fiber optics-based heterodyne combined normal and transverse displacement interferometer. Review of Scientific Instruments. 88, 033108 (2017).
- Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. Mechanical response of 99.999% purity aluminum under dynamic uniaxial strain and near melting temperatures. International Journal of Impact Engineering. 113, 180-190 (2018).
- Duffy, T. S., Ahrens, T. J. Compressional sound velocity, equation of state, and constitutive response of shock-compressed magnesium oxide. Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 100, 529-542 (1995).
- Tan, Y., et al. Hugoniot and sound velocity measurements of bismuth in the range of 11-70 GPa. Journal of Applied Physics. 113, 093509 (2013).
