Methodenartikel

Durchführung von erhöhter Temperatur Normal und kombinierte Druck-Shear Platte folgen Experimente über eine Verschluss-End Sabot-Heizsystem

DOI:

10.3791/57232

⸱

7. August 2018

 ,  , 
1Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Case Western Reserve University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Einleitung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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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Protokoll

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

  1. 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.
  2. Gesicht und drehen Sie die Beispiel-Disketten auf einer Drehbank zu einem Durchmesser von 76 mm und 5,6 mm Dicke.
  3. 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.
  4. Mahlen Sie beidseitig die Musterplatten um eine Ebenheit und Parallelität Toleranz von fast 10 µm über den Durchmesser der Proben zu erreichen.
    1. 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.
    2. 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.
    3. 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.
      1. 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.
  5. 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.
    1. 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.
    2. Wiederholen Sie Schritt 1.4.2.
    3. 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.
  6. Nutzen Sie ein ähnliches Verfahren, wie unter Schritt 1.1-1.3, Alu-Ring zu fabrizieren.
    1. 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.
    2. 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.
    3. Mahlen, Runde, reinigen und Polieren beide Oberflächen der Aluminium-Ringe mit Verfahren, die im Schritt 1.4 erläutert.
  7. 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.
    1. Entfernen Sie alle übrig gebliebenen Klebstoff aus den radialen Schlitzen oder von der Oberfläche der Platten mit Aceton.
    2. 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.
    3. Markieren Sie die Position der sechs radialen Schlitze auf der inneren Schritt des POM Rings und sechs durch dicke Bohrungen an den markierten stellen.
    4. 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.
    5. Gebogenen Enden der Kupfer Pins auf der Rückseite der POM-Ring mit extra schnell abbindenden Epoxidharz zu halten.
    6. 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.
  8. 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.
    1. 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.
    2. 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

  1. Sammeln Sie die Baugruppenkomponenten für hitzebeständige Sabot, in Abbildung 4dargestellt.
  2. 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.
    1. Ziehen Sie die Thermo-paar Draht durch das Loch auf der Unterseite der Kappe und sichern Sie den Thermo-paar Draht in einen Stecker.
  3. 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.
  4. Ziehen Sie die Thermo-paar-Sonde durch das Loch in der Probenhalter 76,2 mm Durchmesser H13 Werkzeug-Stahl-Legierung.
  5. Haften Sie H13-Probenhalter für das Front-End die Lavaröhre, die Verwendung von Hochtemperatur-Zement oder gleichwertige Hochtemperatur Kleber.
  6. 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.
  7. 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

  1. 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.
  2. 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.
  3. Ziehen Sie ein Seil durch den Gewehrlauf, und befestigen Sie das Seil an Sabot über die Öse auf der Aluminium-Kappe.
  4. 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.
  5. 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.
    1. 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.
  6. Verwenden Sie eine Auto-Kollimator24 , um die Feinausrichtung zu erreichen.
    1. 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.
    2. 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.
  7. 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.
  8. Ziehen Sie die Sabot bis zum Verschluss-Ende des Gas-Pistole mit dem Seil zu, und entfernen Sie dann das Seil von der Kappe.
  9. 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.
  10. 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

  1. 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.
    1. Bohren Sie ein Loch durch Dicke auf der Unterseite der Okularauszug Sondenhalter, und sichern Sie sie auf einen Thread zylindrischen Magneten.
    2. 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.
    3. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
    1. Bohren Sie ein Loch durch Dicke auf der Unterseite der Okularauszug Sondenhalter, und sichern Sie sie auf einen Thread zylindrischen Magneten.
    2. 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.
    3. Wiederholen Sie die obigen Schritte in 4.4 zwei Baugruppen und steckte sie in die prallraum.
  5. 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.
  6. 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

  1. 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.
  2. 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.
  3. Schalten Sie die Verschluss-End-Vakuum-Pumpe, und dann auf die Ziel-Kammer-End-Vakuumpumpe.
  4. 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.
  5. Schalten Sie die Amplitude-laserbasierte Sabot Auswirkung Geschwindigkeit Mess-System.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. Dichtung Ventil sofort öffnen und Freigabe der Brand-Dump Kammer einmal die Dichtung Druck sinkt auf NULL.

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Ergebnisse

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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...

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Diskussion

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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 F...

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Offenlegungen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Danksagungen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
99,999% kommerzielle Reinheit polykristallines AluminiumGoodfellowAL007970Material für Flyerplatte (Probe)
H13 WerkzeugstahlFertigungszentrum von CWRUN / AMaterial für den Probenhalter
Lösung behandeln & altern Inconel 718 LegierungHigh Temp MetalsN / A(1,005 / 1,015) "Durchmesser x 24", Material für Zielplatte
Fotolack S1805MicroChemN/AMaterial des Fotolacks für holographische
Gitter Entwickler CD-26MicroChemN/AEntwickler für den Fotolack für holographisches Gitter
Aluminium 6063 RohrMcMaster-Carr4568T19Material für den Ring in der Target-Baugruppe
Schwarz Delrin (R) Acetalharz Stab (4-1/2" Durchmesser)McMaster-Carr8576K81Material für den Delrin-Halter in der Target-Baugruppe
Weißer Delrin (R) Acetalharzstab (1/4" Ø)McMaster-Carr8572K51Material für die Delrin-Stifte in der Zielmontage
Aluminium 6061 RohrMcMaster-Carr9056K24Material für den Körper in der Projektilmontage
Aluminium 6061 StabMcMaster-Carr8974K88Material für die Kappe in der Projektilmontage
TeflonblechMcMaster-Carr8711K98Material für den Schlüssel
LAVA-FF - Aluminiumoxid SilikatscheibeTechnische ProdukteCWR-033116-1
LAVA-FF - Aluminiumoxid-SilikatrohrTechnische ProdukteALR11515
Aluminiumoxid-Pfanne SchlitzschraubeCeramcoA83200PANSLT0.500 409
N70 Buna-N O-RingDer O-Ring StoreB70409
Loctite Hysol 9412 KlebstoffLoctite83107
Hoch Temperatur ZementeOMEGA EngineeringOB-300
Extra schnell abbindendes EpoxidharzEllsworth4001
Mylar BlattMcMaster-Carr8567K94

Referenzen

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