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Article de méthode

Élevé à température normale et combiné pression-cisaillement plaque Impact expériences Via un système de chauffage de Sabot-culasse

8K vues

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DOI :

10.3791/57232

⸱

7 août 2018

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

Dans cet article

Résumé

Nous présentons ici un protocole détaillé d’une nouvelle approche pour la réalisation impact plaque normale inverse à température élevée et combiné plaque de pression et de contrainte de cisaillement. L’approche implique l’utilisation d’un convecteur résistif-culasse pour chauffer un échantillon conservé sur le serveur frontal d’un sabot résistant à la chaleur à la température souhaitée.

Résumé

Une nouvelle approche pour le cisaillement pression normale et/ou combiné plaque impact des expériences à des températures jusqu'à 1000 ° C test est présentée. La méthode permet aux expériences de plaque résistant à température élevée visant à sonder le comportement dynamique des matériaux sous thermomécanique extrêmes, tout en atténuant plusieurs spéciales expérimentales défis tout en effectuant des expériences similaires à l’aide de la méthode impact plaque conventionnelle. Des adaptations personnalisées sont apportées à la culasse d’un canon à gaz-mono-étagé à la Case Western Reserve University ; ces adaptations incluent une rallonge usinées avec précision en acier 4340 SAE, qui est stratégiquement conçu pour s’accoupler le canon existant tout en offrant une tolérance élevée correspondent à l’alésage et rainure de clavette. La rallonge contient un radiateur cylindrique vertical-puits, qui abrite un ensemble de chauffage. Un résistif bobine chauffe-tête, capable d’atteindre des températures de jusqu'à 1200 ° C, est attachée à une tige verticale avec axial/rotation degrés de libertés ; Cela permet des éprouvettes métalliques minces qui s’est tenues sur le serveur frontal d’un sabot résistant à la chaleur pour chauffer uniformément à travers le diamètre pour les températures d’essai souhaitée. En chauffant la plaque circulaire (dans ce cas, l’échantillon) à la culasse du Canon-Canon plutôt qu’à la cible-fin, plusieurs défis expérimentaux critiques peuvent être évitées. Ceux-ci incluent : 1) des modifications graves dans l’alignement de la plaque cible durant le chauffage en raison de la dilatation thermique des plusieurs composants de l’assemblage du support cible ; 2) les défis qui se posent en raison des éléments de diagnostic, (i.e., réseaux holographiques de polymère et les sondes optiques) étant trop proche de l’assembly cible chauffée ; 3) les défis qui se posent pour les plaques de la cible avec une optique fenêtres, où les tolérances cruciales entre l’échantillon, libellés en couche et deviennent de plus en plus difficile de maintenir des températures élevées ; 4) dans le cas de combiné compression cisaillement plaque impact expériences, la nécessité pour les réseaux de diffraction résistant à haute température pour la mesure de la vitesse des particules transversale à la surface libre de la cible ; et 5) restrictions imposées sur la vitesse d’impact nécessaire pour une interprétation sans équivoque de la vitesse surface libre mesurée par rapport à la courbe de temps en raison de la thermique ramollissement et éventuellement céder des plaques cible englobante. En utilisant les adaptations mentionnées ci-dessus, nous présentons les résultats d’une série d’expériences d’impact plaque normale géométrie inversée sur l’aluminium de pureté commerciale à une plage de températures de l’échantillon. Ces expériences montrent diminuant les vitesses des particules dans l’État touché, qui ont une valeur indicatives du matériel ramollissement (baisse de tension de rendement après écoulement) avec augmentation de la température de l’échantillon.

Introduction

Dans les applications d’ingénierie, les matériaux sont soumis à un large éventail de conditions, qui peuvent être statiques ou dynamiques par nature, couplée à des niveaux élevés de déformation et de températures allant de la salle près du point de fusion. En vertu de ces extrêmes thermomécanique le comportement peut varier radicalement ; ainsi, près d’un siècle, plusieurs expériences ont été développées visant à sonder la réponse dynamique et/ou autres caractéristiques du comportement alors que sous contrôle chargement régimes1,2,3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14. pour métaux chargés faibles à vitesses de déformation intermédiaires (10-6-10 0/s), vis de servo-hydraulique ou precision machines d’essai universelles ont été utilisées pour étudier la réponse de matériel soumis à différents modes de chargement et niveaux de déformation. Mais comme la souche appliquée les taux augmentent au-delà des vitesses de déformation intermédiaires (i.e., > 102/s), autres techniques expérimentales sont imposent pour sonder la réponse mécanique. Par exemple, au taux de 103/s de charge vers le haut à 5 × 10,4/s pleines ou miniaturisés permettent de bars pression Split-Hopkinson ces mesures à faire8,15.

Traditionnellement, les gaz-canons légers et/ou expériences impact plaque explosivement entraînés ont été utilisés pour étudier l’inélasticité de dynamique et d’autres phénomènes comme la spallation, ou phase de transformation qui se produisent avec des vitesses de déformation très élevée (10,5-10 7/s),16,17,18,19,20,21,22, ou des combinaisons de hautes pressions et chargement dynamique. Habituellement, les expériences impact plaque impliquent le lancement d’une plaque circulaire porté par un sabot initialement à la culasse du fusil à gaz, puis se déplace sur toute la longueur du Canon-Canon, et faite d’entrer en collision avec une plaque cible fixe soigneusement alignés à la chambre de l’impact. Suite à l’impact, normale et/ou de la combination de la pression et les contraintes de cisaillement sont générés à l’interface de flyer/cible, qui voyage à travers les dimensions spatiales des plaques comme des ondes longitudinales et/ou combiné des contraintes longitudinales et transversales. L’arrivée de ces ondes à la surface arrière de la plaque cible affecte la vitesse instantanée particule libre de surface de la plaque de la cible, qui est généralement contrôlée par des techniques interférométriques. Afin de permettre l’interprétation de la vitesse des particules mesurées versus évolution temporelle, il est nécessaire que les ondes planes avec un front parallèle à la surface d’impact être générées sur impact14,23. Pour assurer l’impact ancien, doit avoir lieu avec un angle d’inclinaison de répercussions sur l’ordre de moins d’un milli-radian12,24, avec des surfaces d’impact de la planéité mieux que quelques micromètres5,25.

Expériences d’impact plaque ont été adaptées pour inclure les résistances qui permettent les enquêtes de comportement d’étendre en thermomécanique extrêmes26,27,28,29. Ces adaptations comportent généralement l’ajout d’une bobine d’induction ou d’un élément de chauffage résistif de la cible-fin du fusil à gaz ; Bien que ces adaptations ont été montrées expérimentalement réalisables, l’approche entraîne intrinsèquement spéciales défis expérimentaux qui nécessitent une attention minutieuse. Certaines de ces complications expérimentales incluent une dilatation thermique différentielle des différents constituants de l’assemblage du support cible et/ou appareil d’alignement tout en chauffant la plaque cible (échantillon), qui nécessite des ajustements en temps réel l’alignement, habituellement fait avec des outils d’alignement télécommandé avec rétroaction continue afin de maintenir la tolérance essentielle de parallélisme entre l’échantillon et la plaque. Dans le cas du régime expérimental de l’impact pression-cisaillement plaque, chauffage de l’échantillon nécessite des grilles conventionnelles polymère remplacés par des caillebotis métalliques résistant à haute température afin de contrôler la vitesse des particules transversale à la surface libre de la plaque de mire. En outre, chauffage de l’échantillon peut ajouter limites sur la vitesse d’impact qui peut être employée dans certains régimes expérimentaux, tels que dans la souche haute taux combinés configuration d’impact plaque de pression et de contrainte de cisaillement, où les considérations spéciales peuvent être nécessaires pour éviter une interprétation sans équivoque des résultats expérimentaux, qui sont calculées à l’aide de l’impédance acoustique de l’avant et l’arrière cible plaques qui peuvent être dépendante de la température. Enfin, pour les autres régimes expérimentaux, qui exigent une plaque de mire avec une fenêtre optique, de la tolérance entre les échantillons, couche liaison et/ou revêtements devenus de plus en plus difficiles de maintenir à des températures élevées,19.

Pour pallier les difficultés expérimentales mentionnées ci-dessus, nous avons fait des adaptations personnalisées à l’existant mono-étage-Canon à gaz situé à Case Western Reserve University (CWRU)7,30,31,32 . Ces modifications permettent des éprouvettes métalliques minces qui s’est tenues sur le serveur frontal d’un sabot résistant à la chaleur pour être chauffé à des températures supérieures à 1000 ° C, avant de déclencher, permettant à haute température normale et/ou combiné pression-cisaillement plaque impact expériences pour être réalisée. Contrairement à la plupart des approches conventionnelles utilisées pour les études d’impact plaque à température élevée, cette méthode s’est avérée soulager plusieurs des défis expérimentaux décrits ci-dessus. Par exemple, cette approche a été utilisée pour réaliser facilement les angles d’inclinaison de moins d’un milli-radian sans la nécessité d' ajustement de tilt à distance30, ou des éléments optiques supplémentaires pour surveiller les changements d’inclinaison au cours de l’expérience. Deuxièmement, étant donné que la plaque cible demeure sous la température ambiante, cette méthode ne nécessite pas la nécessité de réseaux holographiques résistant aux hautes températures spéciales pour la mesure de la vitesse des particules transversal dans les expériences de l’incidence oblique ; en outre, des vitesses d’impact plus élevées peuvent être utilisées sans risque de donner lieu à la cible sur plaque et ainsi, réduire la complexité dans l’interprétation des résultats expérimentaux. Pour ajouter, cette approche peut être utilisée pour réaliser des expériences d’impact de plaque normale inverse-géométrie haute température qui fournissent des relations nous-Up pour un échantillon de choix. Ceux-ci peuvent être obtenus par des techniques d’adaptation d’impédance, ou plus, une analyse de l’éventail de la raréfaction de la surface arrière de l’échantillon qui transportent l’information au sujet des changements dans la vitesse de choc échantillon au cours du déchargement33,34 . Dans la configuration d’impact plaque de cisaillement pression combinée à température élevée, cette approche permet la dynamique inélasticité des couches minces à étudier jusqu'à une température large et gamme de déformation plastique et vitesses de déformation à 107/s selon de l’épaisseur de l’échantillon mince16,27,29.

Nous présenterons les protocoles nécessaires pour réaliser une expérience d’impact plaque à température élevée typique discutée ci-dessus. Cela sera suivie d’une section dédiée aux résultats représentatifs obtenues à l’aide de la technique actuelle. Enfin, une discussion des résultats sera présentée avant une conclusion.

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Protocole

1. échantillon et cibler la préparation du matériel

Remarque : Dans le protocole suivant, nous détaillerons les étapes nécessaires à la préparation du matériel d’échantillon et de la cible, qui sera plus tard utilisé dans une expérience d’impact plaque normale géométrie inversée. Dans cette configuration, une plaque circulaire (aussi l’échantillon), qui s’est tenue à l’avant d’un sabot, sera lancée par un canon à gaz monocellulaire et rendue à l’impact d’une plaque de cible fixe, logée dans la chambre de cible du pistolet à gaz. Un assemblage de plaque typique de voyageur et cible décrit dans le protocole suivant est indiqué schématiquement à la Figure 1.

  1. Article une tige d’aluminium 99,999 % pureté commerciale polycristallin en disques qui servira plus tard comme les plaques de flyer (échantillons).
    Remarque : Ceci peut être fait en utilisant une vitesse lente afin d’éviter des températures élevées et des contraintes résiduelles dans la pièce à travailler.
  2. Face et tournez les disques de l’échantillon sur un tour à un diamètre de 76 mm et épaisseur de 5,6 mm.
  3. Percer trois trous de l’équidistance 5 mm de diamètre sur un cercle de "BOLD" de diamètre 62 mm sur les disques de l’échantillon, qui sera plus tard utilisé pour sécuriser les échantillons pour le sabot.
  4. Moudre les deux côtés des plaques échantillon afin d’assurer une tolérance de planéité et le parallélisme de près de 10 µm dans le diamètre des échantillons.
    1. Effectuer un tour rugueux sur les surfaces de plaque d’échantillon en utilisant une machine commerciale de rodage avec relativement grosse granulométrie (10 à 20 µm).
      Remarque : Un poids peuvent être ajouté dans cette étape jusqu'à ce que les surfaces rodées atteignent un gris même terne, indiquant l’uniformité à travers le diamètre du disque.
    2. Nettoyez soigneusement les échantillons rodées à l’éthanol pour éliminer les particules résiduelles et huile minérale. Ensuite, Polissez les deux surfaces des plaques échantillon à l’aide de la pâte de diamant 1 µm sur un chiffon à lustrer.
    3. Vérifier la planéité des échantillons en observant des bandes de lumière grâce à une optique fixe en contact avec la surface d’intérêt sous une source lumineuse monochromatique vert16.
      Remarque : La planéité peut être quantifiée en observant la courbure des bandes lumière sur la surface de l’échantillon, ou en comptant le nombre de bandes à travers le diamètre comme illustré à la Figure 2.
      1. Déménagement-l’à l’étape suivante si la lumière 3 bandes ou moins sont vus à travers le diamètre échantillon indiquant qu’une planéité d’environ 2 µm. sinon, répétez les étapes 1.4.1 - 1.4.3 jusqu'à 3 bandes légères ou mieux est atteint.
  5. Répétez les étapes 1.1-1.3 pour fabriquer les plaques de la cible. De l’article une tige d’alliage durci (haute résistance) précipitation (Table des matières) dans les disques et ensuite la machine à un diamètre de 25 mm et épaisseur 7 mm. Enfin, hachez les deux côtés à plat sur environ 10 µm.
    1. Les deux surfaces des plaques cible sur une machine de rodage à l’aide de poudre d’alumine de 15 µm dans l’huile minérale, jusqu'à ce que les surfaces parvenir un aspect gris terne même au tour.
      Remarque : Une granulométrie équivalent de lisier de diamant peut être utilisé pour atteindre des taux d’élimination plus rapides et meilleure surface réflectivement. En outre, les épaisseurs peuvent être utilisées.
    2. Répétez l’étape 1.4.2.
    3. Vérifier la planéité des plaques cible en répétant l’étape 1.4.3. Si on observe 1 bande lumineuse ou mieux passez à l’étape suivante. Sinon, répétez les étapes 1.4.1 - 1.4.3 jusqu'à l’obtention de 1 bande lumineuse ou plus. Si les réseaux holographiques sont nécessaires, passez à l’étape 1.5.4, sinon passez à l’étape 1.6.
  6. Utiliser une procédure similaire tel que décrit à l’étape 1.1-1.3 pour fabriquer la bague d’aluminium.
    1. L’article d’un tube en aluminium avec les diamètres externes et internes de 41 mm et 32 mm, respectivement, en rondelles et ensuite affronter les côtés d’une épaisseur de 7 mm.
    2. Percer six 3 mm diamètre fentes équidistantes sur un cercle de boulonnage de 34,5 mm de diamètre. Ce seront plus tard maison tension six biaisé cuivre broches, qui permettront d’inclinaison mesures prises à l’impact.
    3. Moudre, tour, nettoyer et polir les deux surfaces des anneaux en aluminium en utilisant les procédures décrites dans l’étape 1.4.
  7. Collez la plaque cible plate à l’anneau d’aluminium à l’aide d’un mélange d’époxy deux parties sur un plat de sécurisation rig tel qu’illustré à la Figure 3. Laissez l’époxy guérir du jour au lendemain à la température ambiante.
    Remarque : Les deux parties sont fixés à un stade en acier plat avec trois vis qui sont légèrement serrés afin que la pression appliquée sur la cible et l’anneau empêche la résine époxyde de fuite vers l’extérieur à la main.
    1. Enlever toute restes de colle des fentes radiales ou de la surface des plaques à l’acétone.
    2. Insérez l’assembly cible de bague plaque/aluminium dans l’anneau POM.
      Remarque : Le disque POM sera plus tard monté sur-titulaire d’une cible avec des degrés de liberté de rotation, permettant l’alignement des matériaux test dans le Canon.
    3. Marquer la position des six fentes radiales sur l’étape interne de l’anneau POM et percer six trous thru-épaisseur aux endroits marqués.
    4. Section 6 cuivre goupilles d’une bobine de AWG 15 émaillé fil de cuivre avec la longueur de ~ 50 mm et retirer l’isolant émaillée de la couche de deux d'entre eux. Enfoncez les broches dans les fentes de façon symétrique : deux broches de terre sont placées dans des endroits opposés du cercle. Poussez les broches dans les fentes et laisser environ 2 mm saillie vers l’extérieur de la surface de l’anneau.
      Remarque : Les broches sont utilisées pour mesurer l’angle d’inclinaison et fournissent le signal de déclenchement.
    5. Adhérer à bent-extrémités des goupilles en cuivre à la surface arrière de l’anneau POM avec de l’epoxy de prise très rapide.
    6. Utilisez un mélange d’époxy deux parties basse viscosité pour sceller l’écart entre la bague en aluminium et la paroi interne de l’anneau POM. Laissez l’époxy guérir du jour au lendemain à la température ambiante.
  8. Enlever l’excès de 2 mm de cuivre épingles qui dépassent de la surface de l’anneau d’aluminium. Article premier l’excédent épingle avec un outil rotatif et puis sable restant jusqu'à la surface à l’aide de papier de 300 grains de sable humide, jusqu'à ce que les broches sont presque à l’affleurement de la surface de l’anneau en aluminium.
    1. Tour, nettoyer et polir l’ensemble en répétant les étapes 1.4.1-1.4.3. S’assurer que toute l’Assemblée se chevauchant sur plate à 2-3 bandes de lumière.
    2. Souder les extrémités des six broches cuivre à la surface arrière de l’anneau POM et monter l’anneau POM pour le titulaire de la cible à l’aide de quatre épingles de POM diamètre 6,35 mm.

2. montage du Sabot résistant à la chaleur personnalisé

  1. Rassembler les composants d’assemblage pour le sabot résistant à la chaleur, illustré à la Figure 4.
  2. Fixer un anneau à l’extrémité inférieure de la capsule en aluminium et de garantir une étanchéité joint torique et un PTFE clés dans les rainures de la PAC.
    Remarque : La clé et le joint torique sont utilisés pour empêcher l’inclinaison et la rotation du sabot au cours de son voyage dans le canon du pistolet.
    1. Tirez le fils de thermo couple par le trou au fond de la PAC et fixez le fil thermo-couple dans un connecteur.
  3. Adhérer à la PAC pour le back-end et le silicate d’alumine alimentées entièrement au tube de roche de lave pour le front-end du tube en aluminium avec de l’epoxy de prise rapide de deux parties.
  4. Tirez la sonde thermo-couple par le trou dans le porte-échantillon 76,2 mm diamètre H13 outil en acier allié.
  5. Respecter le porte-échantillon H13 pour les serveurs frontaux du tube lave à l’aide de ciment de haute température, ou adhésif équivalent à haute température.
  6. Appliquer le ciment de haute température autour du 25 mm de diamètre et 3 mm épais lave disque assis sur le dessus le trou concentriques de diamètre intérieur thru-épaisseur 19 mm du titulaire H13. Laisser le ciment haute température sécher pendant la nuit à température ambiante.
  7. Fixer l’échantillon à H13 porte-échantillon à l’aide de trois vis d’alumine et s’assurer que la planéité de l’échantillon ne change pas en utilisant le protocole décrit en 1.4.3.

3. assemblage des matériaux dans le canon à gaz-Test

  1. Nettoyer la surface avant de l’échantillon et la cible avec l’alcool isopropylique et puis utiliser du ruban pour fixer la premières surfaces miroirs à la surface de chaque.
  2. Vis serrer un stade 3 axes sur une tige extrusion qui précède le Canon Canon au sein de la chambre de l’impact et visser le support de prisme transportant un prisme optique de précision sur la scène.
  3. Tirer une corde par le Canon et fixer la corde sur le sabot via l’oeillet sur le capuchon en aluminium.
  4. Placez le sabot dans Canon avec l’échantillon faisant face à la chambre de l’impact et placez l’assemblage du support cible dans la chambre de cible face à l’échantillon.
  5. Aligner la position de la cible en ajustant les quatre goupilles de positionnement POM jusqu'à ce que le miroir de première surface sur la cible est aligné sur le miroir de première surface sur l’échantillon.
    1. Effectuer un alignement approximatif du parallélisme entre les plaques d’échantillon et de la cible à l’aide d’une ampoule diffuse et un miroir réfléchissant. Ajuster la scène jusqu'à ce qu’une seule image réfléchie continue de l’ampoule peut être vu de toutes les surfaces sur le prisme de l’alignement.
  6. Utilisez un auto-collimateur24 pour réaliser l’alignement fine.
    1. Ajuster la scène jusqu'à ce que l’image réfléchie de la Croix de la surface arrière du prisme est alignée avec l’image réfléchie par le miroir de première surface sur l’échantillon.
    2. Ajuster l’assembly cible en tournant les vis de positionnement sur le titulaire de la cible jusqu'à ce que l’image réfléchie de la Croix de la surface arrière du prisme est alignée avec l’image réfléchie par le miroir de première surface sur la cible.
  7. Retirez les miroirs de la première surface de l’échantillon et la cible. Également supprimer le miroir réfléchissant, prism, titulaire de prisme et l’étape de réglage de la chambre de l’impact.
  8. Tirez sur le sabot à la culasse du fusil à gaz à l’aide de la corde et puis retirer la corde de la PAC.
  9. Laisser ~ 2,5 mm distance entre le sabot et la tête et ajuster en conséquence la longueur des vis qui empêchent le mouvement arrière de la sabot vers la culasse.
  10. Connecter le thermique-couple à l’écran de diagnostic de température.
    Remarque : Le fil thermique-couple de la fin de moniteur de température a l’intérieur du canon à travers le tuyau de vide à l’aide d’une traversée.

4. schéma de montage et alignement des Diagnostics par Laser

  1. Mettre deux chevilles filetées dans les trous à l’arrière du porte-sonde focuser. Serrer les deux vis à travers les dispositifs d’ancrage jusqu'à ce qu’ils atteignent le POM pour permettre la liberté de changer l’angle du faisceau incident.
    1. Percer un trou de thru-épaisseur sur la partie inférieure du porte-sonde focuser et fixez-le sur un aimant cylindrique fileté.
    2. Tirez une sonde de focuser de fibre optique à travers un tube en aluminium et coller la sonde dans le tube d’aluminium en appliquant époxy extra rapide-ensemble autour de la tête de la sonde et l’embout du tube en aluminium. Poussez la tête de sonde comme avant-centre dans le tube que possible, mais veiller à laisser la lentille de la sonde de l’époxy. Attendez que l’époxy extra rapide-set est durcie.
    3. Connectez le focuser optique à la tout-fibre-optique NDI/TDI interféromètre31et placez l’assemblage de focuser sur le support de l’objectif visant à atteindre l’arrière de la surface de la cible.
  2. Allumer l’appareil, en l’occurrence une fibre Erbium de 2W couplé laser, de 0,2 à 0,4 W de puissance. Ensuite, ajustez la position de la sonde de mise au point à l’aide des vis sur l’ensemble de la mise au point jusqu'à ce que le bon couplage léger est réalisé et le signal acquis est optimisé.
  3. Ajuster le coupleur à rapport variable en fonction de l’intensité de la référence et la lumière décalée Doppler jusqu'à ce que le signal indiqué sur l’oscilloscope est optimisé.
    NOTE : Si le mouvement transversal diagnostics sont nécessaires, veuillez vous reporter aux étapes 4.5-4.6.
  4. Mettre deux chevilles filetées dans les trous à l’arrière du porte-oculaire POM et puis serrer les deux vis à travers les dispositifs d’ancrage jusqu'à ce qu’ils touchent la POM.
    1. Percer un trou de thru-épaisseur sur la partie inférieure du porte-sonde focuser et fixez-le sur un aimant cylindrique fileté.
    2. Tirez une sonde de collimateur de fibre optique à travers un tube en aluminium et coller la sonde dans le tube d’aluminium en appliquant époxy extra rapide-ensemble autour de la tête de la sonde et l’embout du tube en aluminium. Poussez la tête de sonde comme avant-centre dans le tube que possible, mais veiller à laisser la lentille de la sonde de l’époxy. Attendez que l’époxy extra rapide-set est durcie.
    3. Répétez les étapes ci-dessus de 4.4 à faire deux assemblées et les mettre dans la chambre de l’impact.
  5. Ajustez les positions et les angles des réception collimateurs fibre optique avec l’aimant, et les deux vis sur le support POM jusqu'à ce que l’intensité de l’ordre du premier diffractée poutres mesurées par les moniteurs de la puissance est optimisée.
  6. Débrancher le moniteur de l’alimentation et les deux collimateurs réceptrices à la tout-fibre-optique TDI interféromètre31.

5. exécution des hautes températures géométrie inverse Normal/pression-cisaillement plaque Impact expériences

  1. Fixer la bride primaire en serrant les quatre pinces sur l’entrée de la chambre de l’impact et puis fermez la chambre à l’aide d’un film polyester boulonné à une bride secondaire.
  2. Augmenter la pression de joint à ~ 207 kPa et puis fermez le gaz-pistolet à la culasse en serrant les vis de la bride.
  3. Mettre en marche la pompe à vide-culasse et puis tourner sur la pompe à vide chambre bout cible.
  4. S’assurer qu’il n’y a aucun mouvement de la sabot vers la chambre causée par la différence de pression entre l’avant et l’arrière de la sabot. Attendre que la chambre est vide à une pression inférieure à 100 mTorr.
  5. Allumez le système de mesure laser dotés d’amplitude sabot impact vitesse.
  6. Abaisser le chauffage à la position marquée et allumez l’appareil de chauffage. Augmenter la température du chauffage avec des incréments de 100 ° C jusqu'à ce que la température de l’échantillon souhaité est atteint.
  7. Pressuriser le tir vidage chambre 1103 ~ kPa et la chambre de charge au niveau désiré selon le choisi vitesse d’impact. En outre, garantir le récupérateur de sabot à la chambre de l’impact.
  8. Éteignez l’appareil et immédiatement monter le radiateur vers le haut vers l’appareil de chauffage-puits. Enregistrer la température affichée sur la température moniteur diagnostique mesurée par le thermocouple de sabot à la surface de l’échantillon.
  9. Ouvrir immédiatement la vanne d’étanchéité et le rejet le dump de mise à feu de chambre une fois la pression de joint tombe à zéro.

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Résultats

Alésage d’un 82,5 mm, longueur 6 m, Canon à gaz mono-étagés à CWRU capable d’accélération 0,8 kg de projectiles à des vitesses allant jusqu'à 700 m/s a été utilisé dans le cadre de ces expériences. La figure 5 montre une photographie de l’installation mis à jour le gaz-pistolet au CWRU. Avant de déclencher, le sabot personnalisé conçu est logé dans la rallonge de radiateur, illustrée à la Figure 6. La rallonge porte verticale cha...

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Discussion

La méthode et le protocole indiqué ci-dessus détaillée la procédure pour effectuer correctement une expérience d’impact plaque normale géométrie inverse à des températures élevées. Dans cette approche, nous faisons des modifications personnalisées pour le canon à la fin de la haute pression (culasse) du pistolet gaz existant à la Case Western Reserve University, pour abriter un serpentin de chauffage résistif avec degrés de liberté axiales et rotationnels. Le système de serpentin de chauffage résistif permet aux spécimen...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

Les auteurs tiennent à souligner le soutien financier du département américain de l’énergie grâce à l’intendance Science Academic Alliance DOE/NNSA (DE-NA0001989 et DE-NA0002919) dans le cadre de cette recherche. Enfin, les auteurs aimeraient remercier le Laboratoire National de Los Alamos pour leur collaboration pour soutenir les efforts en cours dans les enquêtes actuelles et futures.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
99,999 % de pureté commerciale aluminium polycristallinGoodfellowAL007970Matériau pour plaque de dépliant (échantillon)
H13 acier à outilsde fabrication de CWRUN/AMatériau pour le porte-échantillon
Solution traiter et vieillir l’alliage Inconel 718Métaux à haute températureN/A(1.005 / 1.015) « Dia x 24 », Matériau pour plaque cible
Photoresist S1805MicroChemN/AMatériau de la résine photosensible pour réseau holographique
Révélateur CD-26MicroChemN/ARévélateur de la résine photosensible pour réseau holographique
Tube en aluminium 6063McMaster-Carr4568T19Matériau de l’anneau dans l’assemblage de la cible
Tige de résine acétal Delrin (R) noir (4-1/2" Dia.)McMaster-Carr8576K81Matériau pour le support Delrin dans l’assemblage cible
Tige de résine acétal Delrin (R) blanche (1/4" Dia.)McMaster-Carr8572K51Matériau pour les goupilles en Delrin dans l’assemblage
Tube en aluminium 6061McMaster-Carr9056K24Matériau pour le corps dans l’assemblage du projectile
Tige en aluminium 6061McMaster-Carr8974K88Matériau pour le capuchon dans l’assemblage du projectile
Feuille de téflonMcMaster-Carr8711K98Matériau pour la clé
LAVA-FF - Alumine Disque en silicateProduits techniquesCWR-033116-1
LAVA-FF - Tube en silicate d’alumineProduits techniquesALR11515
Plateau en alumine Boulon à tête fendueCeramcoA83200PANSLT0.500
409 N70 Buna-N O-ringThe O-ring StoreB70409
Loctite Hysol 9412 adhésifLoctite83107
High Ciments thermiquesOMEGA EngineeringOB-300
Époxy à prise extra rapideEllsworth4001
Feuille MylarMcMaster-Carr8567K94
Centre de la cible

Références

  1. 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).
  2. 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).
  3. Gilat, A., Cheng, C. -S. Torsional split Hopkinson bar tests at strain rates above 104s− 1. Experimental Mechanics. 40, 54-59 (2000).
  4. Harding, J., Wood, E., Campbell, J. Tensile testing of materials at impact rates of strain. Journal of Mechanical Engineering Science. 2, 88-96 (1960).
  5. Clifton, R. J., Klopp, R. W. Pressure-shear plate impact testing. Metals handbook. 8, 230-239 (1985).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Prakash, V., Clifton, R. J. Fracture Mechanics: Twenty Second Symposium (vol. 1). , Astm Special Technical Publication. (1992).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Klopp, R., Clifton, R., Shawki, T. Pressure-shear impact and the dynamic viscoplastic response of metals. Mechanics of Materials. 4, 375-385 (1985).
  17. Arvidsson, T. E., Gupta, Y., Duvall, G. E. Precursor decay in 1060 aluminum. Journal of Applied Physics. 46, 4474-4478 (1975).
  18. 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).
  19. Barker, L., Hollenbach, R. Shock wave study of the α⇄ε phase transition in iron. Journal of Applied Physics. 45, 4872-4887 (1974).
  20. Shazly, M., Prakash, V. Shock response of a gamma titanium aluminide. Journal of Applied Physics. 104, 083513(2008).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Prakash, V. A pressure-shear plate impact experiment for investigating transient friction. Experimental Mechanics. 35, 329-336 (1995).
  24. Kumar, P., Clifton, R. Optical alignment of impact faces for plate impact experiments. Journal of Applied Physics. 48, 1366-1367 (1977).
  25. Prakash, V. Time-resolved friction with applications to high speed machining: experimental observations. Tribology Transactions. 41, 189-198 (1998).
  26. Frutschy, K., Clifton, R. High-temperature pressure-shear plate impact experiments using pure tungsten carbide impactors. Experimental mechanics. 38, 116-125 (1998).
  27. 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).
  28. 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).
  29. Grunschel, S. E. Pressure-shear plate impact experiments on high-purity aluminum at temperatures approaching melt. , Brown University. (2009).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).

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