Eine Methode zur Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der dynamischen Bruch und Fragmentierung

Das Ziel des folgenden Experiments ist es, eine Methode zur Untersuchung des dynamischen Bruchs und der Fragmentierung eines Materials unter hoher Dehnungsrate und Zugbelastung für einen Bereich von Ausgangsprobentemperaturen zu entwickeln. Dies wird mit einer Gaspistolen-getriebenen Expansionszylindergeometrie erreicht, bei der die Probe die Form eines Hohlzylinders annimmt, der einen O-Jive-förmigen Einsatz aus Stahl enthält, der die Temperiervorrichtung ist. In einem zweiten Schritt wird der Zielzylinder dann direkt am Ende des Gaspistolenlaufs montiert, und es wird eine laserbasierte V-Symmetrie-Diagnose installiert, um die Expansionsgeschwindigkeit an mehreren Punkten entlang des Zylinders zu messen, und es wird eine Hochgeschwindigkeitsbildgebung verwendet, um Brüche, Initiierung und Wachstum zu verfolgen.

Als nächstes wird der Zylinder auf die gewünschte Temperatur gebracht und das Polycarbonat-Projektil in das Ziel geschossen. Der resultierende Aufprall zwischen dem Projektil und dem OJ-Einsatz bewirkt, dass das Polycarbonat nach außen fließt und den Zylinder in eine gleichmäßige radiale Ausdehnung treibt, wodurch ein Zugspannungszustand um die Umfangsrichtung entsteht. Die Vela-Symmetrie und die Hochgeschwindigkeitsbildgebung können dann verwendet werden, um die Verformungs-, Versagens- und Fragmentierungseigenschaften des Materials bei Temperatur zu bestimmen, zusammen mit der Fragmentanalyse, um die Bruchmechanismen zu bestimmen.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber anderen bestehenden Methoden, wie z. B. der klassischen Wintertechnik oder der Verwendung von Sprengstoffen oder Zugspaltungen Hopkins und Stäben, besteht darin, dass wir den Einfluss der anfänglichen Probentemperatur untersuchen können, ohne experimentelle Faktoren wie die Belastung oder die Dehnungsrate in der Probe zu beeinflussen. Beginnen Sie die Vorbereitungen für das Experiment mit einem Zielzylinder, der aus der Titanlegierung Titan, 6 % Aluminium, 4 % Vanadiumanteil gefräst ist, oder binden Sie sechs Vier. Der Zylinder ist 150 Millimeter lang, hat einen Innendurchmesser von 50 Millimetern und eine Wandstärke von vier Millimetern.

Die Oberflächengüte sollte frei von Bearbeitungsspuren sein und für die Verwendung leicht diffus belassen werden. Fahren Sie mit der Photonendoppler-Vela-Symmetrie fort, um Thermoelemente entlang des Zylinders zu verbinden. Beginnen Sie mit dem Zusammenbau des Ziels. Setzen Sie zuerst den OJ-Einsatz in die Rückseite des Zylinders ein und fixieren Sie ihn mit den Greiferschrauben.

Setzen Sie dann den Zylinder und die O-Jive-Baugruppe in die Montagehülse ein. Befestigen Sie es mit Madenschrauben. Installieren Sie an dieser Stelle das Heiz- oder Kühlgerät.

Für dieses Experiment wird eine ohmsche Mikrome-Last in die Rückseite des O-Jive-Einsatzes eingebracht. Hier ist die Endmontage mit den Thermoelementen, um die Messung der Temperatur entlang des Zylinders zu ermöglichen, und die Sonden beweisen hier die Symmetrie. Die endgültige Zielanordnung wird zum Vergleich neben dem Gaspistolenprojektil gezeigt.

Nach der Reinigung der Sondenstecker richten Sie die Sonden grob mit einem sichtbaren Laser aus, unser 660 Nanometer Laserlicht lichtet durch eine Sonde und auf den Zylinder für eine annähernd normale Ausrichtung. Stellen Sie die Sonde so ein, dass reflektiertes Licht auf die Sonde zurückfällt. Fahren Sie mit einer gründlicheren Ausrichtung mit einem 1.550-Nanometer-Laser und einem optischen Zirkulator fort.

Um die Menge des reflektierten Lichts zu messen, stellen Sie jede Sonde so ein, dass der Maximalwert erreicht ist. Sobald das Ziel bereit ist, beginne mit der Arbeit mit der Gaspistole. Platzieren Sie einen sorgfältig bearbeiteten Ausrichtungstopfen am Ende des Zylinders.

Installieren Sie als Nächstes die Zielbaugruppe über dem Stecker und stellen Sie die Zielhalterung ein, bis der Zylinder ausgerichtet ist. Koaxial mit dem Lauf. Wenn das Ziel ausgerichtet ist, verbinden Sie die Heizspirale mit Hochstromkabeln und die optischen Fasern mit dem Photonen-Doppler-Vela-Symmetriesystem.

Kehren Sie zum Zylinder zurück, um einen Auslöser für die Timing-Hardware zu installieren. Platzieren Sie ein Abzugspaar am Ende des Laufs, so dass ein Projektil beim Verlassen des Laufs einen Kreislauf schließt. Messen Sie dann den Abstand vom Auslöser bis zum Aufprallpunkt auf dem O-Jive, um eine Abschätzung des Aufprallzeitpunkts zu ermöglichen.

Richten Sie an dieser Stelle das Hochgeschwindigkeits-Bildgebungssystem ein. Verwenden Sie Spiegel, um Bilder über den optischen Anschluss der Gaspistole weiterzuleiten. Platzieren Sie die Blitzgewehre so, dass sie von vorne und oben auf den Zylinder gerichtet sind.

Montieren Sie eine Hochgeschwindigkeitskamera außerhalb des Zieltanks, die auf den Zylinder ausgerichtet und fokussiert ist. Der Zylinder sollte den Rahmen fast ausfüllen, so dass Platz für die Zylinderausdehnung bleibt. Wenn alles in Ordnung ist, treffen Sie geeignete Sicherheitsvorkehrungen für die Laser im Photonen-Doppler-Vela-Symmetrie-System.

Schalten Sie dann das Vela-Symmetriesystem und die Oszilloskope ein und überprüfen Sie die Vela-Symmetrie. Sondenleistungspegel und Ausrichtung. Verwenden Sie als Nächstes eine Infrarot-Betrachtungskarte, um den Abstand von der Rückseite des Zylinders zu der Stelle zu bestimmen, an der die Vela-Symmetriesonden fokussiert sind.

Schalten Sie den Referenzlaser ein, um das Signal für jeden Kanal zu überprüfen. Stellen Sie den Velocity-Beat auf Null auf fünf Gigahertz ein. Entfernen Sie nach einem abschließenden Test aller Diagnosen den Justierstopfen und schließen Sie den Tank.

Installieren Sie das Projektil, bereiten Sie das Feuer vor, indem Sie den Zieltank auf etwa 50 Milli evakuieren und die Timing-Hardware so einstellen, dass sie über eine Hochgeschwindigkeitsbildgebung und ein Oszilloskop verfügt. Die Zeit Null stimmt mit der geschätzten Zeit des Aufpralls überein. Schalten Sie die Laser ein und aktivieren Sie die Diagnose, bevor Sie den Raum sichern und in den Kontrollraum begeben.

Aus dem Kontrollraum. Beginnen Sie, das Ziel auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen. Wenn die Temperatur erreicht ist, laden Sie die Waffe auf den gewünschten Schussdruck.

Sobald er den Brenndruck erreicht hat, führen Sie eine letzte Kontrolle durch. Schalten Sie die Heizungsstromversorgung aus. Fahren Sie mit einem Countdown fort und feuern Sie 3, 2, 1.

Biegen Sie die Gaspistole nach dem Schießen und speichern Sie die Kameradaten, während die Pistole wieder auf Atmosphärendruck zurückkehrt. Wenn es sicher ist, fortzufahren, kehren Sie in den Waffenraum zurück, schalten Sie den Laser aus und speichern Sie die Oszilloskopdaten. Fahren Sie fort, indem Sie den Zieltank öffnen, um den Schmutz zu sammeln. Schutt.

Die Trümmer werden aus Krawatte, sechs, vier und anderen Metallfragmenten bestehen. Entfernen Sie alle metallischen Fragmente aus dem Tank für die spätere Extraktion und Analyse von tie six four. Dieses Hochgeschwindigkeitsvideo zeigt einen Zylinder aus Titanlegierung mit einer Geschwindigkeit von 150 K. Die Projektilgeschwindigkeit betrug 1000 Meter pro Sekunde.

Die Rahmenkamera nahm alle 10 Mikrosekunden ein Bild mit einer Belichtungszeit von 0,7 Mikrosekunden auf. Die Botone-Doppler-Vela-Symmetrie lieferte die Daten für dieses Diagramm, das die Expansionsgeschwindigkeit als Funktion der Zeit angibt. Die beiden durchgehenden Kurven sind für den 150 K Zylinder.

Die schwarze Kurve ist für die Pro-Position. Etwa an der Spitze des O-Jives befindet sich die rote Kurve für einen Punkt weiter hinten entlang des O-Jive. Zum Vergleich: Die gestrichelten Kurven geben die Daten für einen Zylinder bei 800 K an.Auch hier befindet sich die schwarze Kurve an der O-Jive-Spitze, und die rote Kurve befindet sich weiter hinten.

Der genannte Zylinder hat eine geringere Verzögerung nach der Spitzengeschwindigkeit, was auf einen früher eingeleiteten Bruch hindeutet. Hier entsprechen die durchgezogenen Kurven der radialen Dehnung, die sich an vier Punkten entlang der Länge des Zylinders bei 150 K angesammelt hat.Die Punkte und die gestrichelte Verbindungslinie sind die Anzahl der sichtbaren Risse mit der rechten Achse. Nun, diese Bilder aus dem Hochgeschwindigkeitsvideo ermöglichen es, Informationen über die zeitliche Aktivierung der Fraktur zu sammeln.

Hier zeigen sich mehrfache Längsbrüche im 150 K Zylinder Nach den hier vorgestellten Verfahren wie der Hochgeschwindigkeitsbildgebung und den Geschwindigkeitsmessungen. Eine sorgfältige Analyse der geborgenen Fragmente kann die Bruchmechanismen aufdecken, die in der Probe auftreten und für die Fragmentierung verantwortlich sind.