Une méthode pour l'étude de la dépendance en température de la rupture dynamique et fragmentation

L’objectif de l’expérience suivante est de développer une méthode pour étudier la rupture dynamique et la fragmentation d’un matériau sous une charge de traction à haute vitesse de déformation pour une gamme de températures initiales de l’échantillon. Ceci est réalisé avec une géométrie de cylindre en expansion entraînée par un pistolet à gaz, où l’échantillon prend la forme d’un cylindre creux contenant un insert en acier en forme de O jive à l’intérieur, qui est l’appareil de contrôle de la température. Dans un deuxième temps, le cylindre cible est ensuite monté à l’extrémité du canon du pistolet à gaz, et des diagnostics de symétrie en V basés sur le laser sont installés pour mesurer la vitesse d’expansion en plusieurs points le long du cylindre et l’imagerie à grande vitesse est utilisée pour suivre la rupture, l’initiation et la croissance.

Ensuite, le cylindre est amené à la température souhaitée et le projectile en polycarbonate est lancé sur la cible. L’impact qui en résulte entre le projectile et l’insert OJ fait couler le polycarbonate vers l’extérieur, entraînant le cylindre dans une dilatation radiale uniforme, ce qui crée un état de contrainte de traction autour de la direction circonférentielle. La symétrie Vela et l’imagerie à grande vitesse peuvent ensuite être utilisées pour déterminer les caractéristiques de défaillance et de fragmentation de la déformation du matériau en fonction de la température, ainsi que l’analyse des fragments pour déterminer les mécanismes de rupture.

Le principal avantage de cette technique par rapport à d’autres méthodes existantes, telles que la technique hivernale classique ou l’utilisation d’explosifs ou de Hopkins et de barres de traction afin que nous puissions étudier l’effet de la température initiale de l’échantillon sans affecter les facteurs expérimentaux tels que la charge ou la vitesse de déformation dans l’échantillon. Commencez les préparatifs de l’expérience avec un cylindre cible usiné à partir de l’alliage de titane titane, 6 % d’aluminium, 4 % de vanadium en poids ou attachez six quatre. Le cylindre mesure 150 millimètres de long avec un diamètre intérieur de 50 millimètres et une épaisseur de paroi de quatre millimètres.

La finition de surface doit être exempte de marques d’usinage et laissée légèrement diffuse pour l’utilisation Avec la symétrie photonique doppler vela, procédez à la liaison des thermocouples le long du cylindre. Commencez à assembler la cible. Placez d’abord l’insert OJ à l’arrière du cylindre et fixez-le en place avec les vis de préhension.

Ensuite, placez l’ensemble cylindre et ogive dans le manchon de montage. Fixez-le avec des vis sans tête. À ce stade, installez l’appareil de chauffage ou de refroidissement.

Pour cette expérience, placez une charge résistive microme à l’arrière de l’insert O jive. Voici l’assemblage final avec les thermocouples pour permettre la mesure de la température le long du cylindre et les sondes prouvent ici la symétrie. L’ensemble final de la cible est montré à côté du projectile du pistolet à gaz à des fins de comparaison.

Après avoir nettoyé grossièrement les connecteurs de la sonde, alignez grossièrement les sondes avec un laser visible, notre laser de 660 nanomètres s’allume à travers une sonde et sur le cylindre pour un alignement à peu près normal. Ajustez la sonde jusqu’à ce que la lumière réfléchie retombe sur la sonde. Procéder à un alignement plus approfondi à l’aide d’un laser de 1 550 nanomètres et d’un circulateur optique.

Pour mesurer la quantité de lumière réfléchie collectée, ajustez chaque sonde jusqu’à ce que la valeur maximale soit atteinte. Une fois que la cible est prête, commencez à travailler avec le pistolet à gaz. Placez un bouchon d’alignement soigneusement usiné à l’intérieur de l’extrémité du canon.

Ensuite, installez l’ensemble cible sur le bouchon et ajustez le support cible jusqu’à ce que le cylindre soit aligné. Coaxialement avec le canon. Avec la cible alignée, connectez la bobine chauffante aux câbles à courant élevé et les fibres optiques au système de symétrie Doppler Vela photonique.

Retournez dans le canon pour installer une gâchette pour le matériel de synchronisation. Placez une paire de gâchettes à l’extrémité du canon de sorte qu’un projectile effectue un circuit à la sortie du canon. Mesurez ensuite la distance entre la gâchette et le point d’impact sur l’O jive pour permettre une estimation du temps de l’impact.

À ce stade, configurez le système d’imagerie à grande vitesse. Utilisez des miroirs pour relayer les images à travers le port optique du pistolet à gaz. Placez les pistolets flash pour pointer le cylindre par l’avant et par le haut.

Montez une caméra haute vitesse à l’extérieur du réservoir cible, alignée et focalisée sur le cylindre. Le cylindre doit presque remplir le cadre, laissant de la place pour l’expansion du cylindre. Lorsque tout est en ordre, prenez les précautions de sécurité appropriées pour les lasers dans le système de symétrie photon Doppler vela.

Allumez ensuite le système de symétrie vela et les oscilloscopes, et vérifiez la symétrie vela. Niveaux de puissance et alignement de la sonde. Ensuite, utilisez une carte de visualisation infrarouge pour déterminer la distance entre l’arrière du cylindre et l’endroit où les sondes de symétrie Vela sont focalisées.

Allumez le laser de référence pour vérifier le signal de chaque canal. Réglez le battement de vitesse zéro sur cinq gigahertz. Après un dernier test de tous les diagnostics, retirez le bouchon d’alignement et fermez le réservoir.

Installez le projectile, préparez-vous à tirer en évacuant le réservoir cible à environ 50 milli et en réglant le matériel de synchronisation pour avoir une imagerie à haute vitesse et un oscilloscope. Le temps zéro coïncide avec le temps estimé de l’impact. Allumez les lasers et armez les tests de diagnostic avant de sécuriser la pièce et de vous rendre dans la salle de contrôle.

Depuis la salle de contrôle. Commencez à chauffer la cible à la température souhaitée. Lorsque la température est atteinte, chargez le pistolet à la pression de tir souhaitée.

Une fois qu’il est à la pression de tir, faites une dernière vérification. Coupez l’alimentation électrique du chauffage. Procédez avec un compte à rebours et tirez 3, 2, 1.

Après avoir tiré, pliez le pistolet à gaz, enregistrez les données de la caméra lorsque le pistolet revient à la pression atmosphérique. Lorsqu’il est possible de continuer en toute sécurité, retournez dans la salle d’armes, éteignez le laser et enregistrez les données de l’oscilloscope. Continuez en ouvrant le réservoir cible pour récupérer les débris. Débris.

Les débris seront constitués de Tie six, quatre et d’autres fragments métalliques. Retirez tous les fragments métalliques de la cuve pour une extraction ultérieure et une analyse de la cravate six quatre. Cette vidéo à grande vitesse montre un cylindre en alliage de titane à 150 K.La vitesse du projectile était de 1000 mètres par seconde.

La caméra de cadrage a collecté une image toutes les 10 microsecondes avec une exposition de 0,7 microseconde. La symétrie Doppler vela de Botone a fourni les données de ce graphique, qui donne la vitesse d’expansion en fonction du temps. Les deux courbes pleines sont pour le cylindre de 150 K.

La courbe noire est pour la position pro. À peu près à l’extrémité du O jive, la courbe rouge se trouve sur un point plus en arrière le long du O jive. À titre de comparaison, les courbes pointillées donnent des données pour un cylindre à 800 K.Encore une fois, la courbe noire se trouve à l’extrémité du jive O et la courbe rouge est plus en arrière.

Le cylindre appelé a moins de décélération après la vitesse de pointe, ce qui suggère une rupture amorcée plus tôt. Ici, les courbes de couleur unie correspondent à la déformation radiale accumulée en quatre points sur la longueur du cylindre maintenu à 150 K.Les points et la ligne pointillée de liaison sont le nombre de fissures visibles à l’aide de l’axe de, à droite. Eh bien, ces images de la vidéo à grande vitesse permettent de recueillir des informations sur l’activation temporelle de la fracture.

Ici, de multiples fractures longitudinales sont évidentes dans le cylindre de 150 K En suivant les procédures que nous avons présentées ici, telles que l’imagerie à grande vitesse et les mesures de vitesse. Une analyse minutieuse des fragments récupérés peut révéler les mécanismes de fracture qui se produisent dans l’échantillon responsable de la fragmentation.