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

Une question très intéressante est la suivante : Comment la résistance dynamique au cisaillement des métaux réagit-elle aux changements de pression et aux vitesses de déformation appliquées ? Cette question importante dans le domaine de la caractérisation dynamique des matériaux, et d’autres, pourrait être abordée par cette technique qui atténue également plusieurs sources de variation expérimentales présentes dans l’approche conventionnelle. Bien que cette méthode ait été conçue principalement pour l’étude de la résistance à la compression et/ou au cisaillement à haute température des matériaux, elle peut également être appliquée à des études telles que le glissement dynamique et l’éclatement.

Le pistolet à gaz de l’Université Case Western Reserve est à un étage, d’une longueur de six mètres et d’un alésage de 82,5 millimètres. Une section abrite une modification personnalisée du canon pour cette expérience. Les modifications sont représentées sur ce schéma.

Un système de chauffage s’accouple avec le canon du pistolet existant de sorte que l’échantillon maintenu à l’avant du sabot résistant à la chaleur personnalisé peut être chauffé à des températures souhaitées supérieures à 1000 degrés Celsius. Des modifications supplémentaires se trouvent à l’extrémité de la chambre cible. Là, une sonde vélocimètre photonique Doppler mesure avec précision la vitesse de la surface arrière de la plaque cible.

Les signaux de diagnostic de déclenchement et d’inclinaison proviennent des broches polarisées en tension sur la surface avant de la plaque cible. La première étape consiste à créer l’échantillon et la cible de l’expérience. Créez les échantillons en utilisant de l’aluminium polycristallin de haute pureté.

Les trous équi-espacés servent à fixer l’échantillon. Vérifiez maintenant la planéité de la surface. Placez l’échantillon en contact avec un plan optique, puis positionnez les deux sous une source de lumière monochromatique verte.

Observez les bandes lumineuses incurvées et espacées en fonction des caractéristiques de la surface. La surface est suffisamment plane si trois bandes lumineuses ou moins sont visibles sur le diamètre de l’échantillon. L’expérience nécessite également une plaque cible et un anneau en aluminium.

Fabriquez les plaques cibles à partir de tiges d’alliage durcies par précipitation. Séparez l’anneau d’un tube en aluminium et percez-y six fentes équidistantes avant de le polir. Assemblez la plaque cible et l’anneau en aluminium pour obtenir un ensemble similaire à celui-ci.

Montez ensuite l’ensemble sur l’anneau de support de cible. Une fois terminé, l’assemblage comprendra des broches en cuivre pour la connexion au déclencheur et au circuit de diagnostic d’inclinaison. Montez l’anneau sur le support de cible.

Rassemblez les composants du sabot résistant à la chaleur. Il s’agit notamment du porte-échantillon, de l’échantillon et des vis en alumine. Il comprend également le tube de roche de lave en silicate d’alumine et le tube de corps en aluminium avec son capuchon.

Travaillez maintenant avec le capuchon. Le capuchon est doté d’un boulon à œil. Ses rainures ont un joint torique d’étanchéité et une clé en PTFE.

Faites passer un fil de thermocouple dans son fond. Utilisez de l’époxy pour coller le capuchon à l’arrière du tube en aluminium. À l’avant du tube en aluminium époxy le tube de roche de lave.

Tirez le fil du thermocouple du capuchon à travers les tubes jusqu’au porte-échantillon et collez le porte-échantillon sur le tube de lave. Une fois le ciment sec, fixez l’échantillon au porte-échantillon à l’aide des vis à alumine. Avant de continuer, assurez-vous que la planéité de la surface avant de l’échantillon n’a pas changé.

Commencez maintenant à travailler avec le pistolet à gaz dans la chambre d’impact. Montez un étage de mouvement à trois axes sur une tige au-dessus du canon du pistolet. Fixez à la platine un support de prisme avec un prisme d’alignement optique de précision.

Ensuite, collez un miroir de première surface sur la plaque d’échantillon. Positionnez ensuite le sabot et le canon du pistolet avec l’échantillon vers l’extérieur. Au niveau de la chambre cible, placez un premier miroir de surface sur la cible et mettez en place l’ensemble du support de cible.

Faites pivoter avec précaution le prisme pour qu’il se trouve entre la cible et les plaques d’échantillon et leurs miroirs. Utilisez une ampoule diffuse pour effectuer un alignement approximatif des plaques. Ajustez la platine pour obtenir une seule image réfléchie continue de l’ampoule à partir de toutes les surfaces du prisme.

Continuez à obtenir un alignement fin à l’aide d’un collimateur automatique. Serrez toutes les vis de positionnement sur le support de cible et retirez l’étage de mouvement, le prisme et les miroirs. Déplacez le sabot vers l’extrémité de la culasse du pistolet à gaz et connectez le thermocouple au moniteur de température.

À ce stade, installez le vélocimètre Doppler. Cela nécessite une sonde de porte-oculaire à fibre optique époxy dans un tube en aluminium. Connectez le porte-oculaire optique à un interféromètre NDI TDI tout fibre optique.

Amenez maintenant l’ensemble de mise au point vers le support de cible. Celui-ci se trouve à l’extérieur de la salle cible pour la démonstration. Utilisez la quantité attachée à l’arrière pour soutenir le porte-oculaire.

Dirigez le porte-oculaire vers la surface arrière de la cible. Allumez le laser et ajustez la position de la sonde de mise au point à l’aide des vis situées sur l’ensemble de mise au point. Arrêtez-vous après avoir obtenu un couplage lumineux correct et une optimisation du signal.

Ajustez le coupleur à rapport variable pour qu’il corresponde à l’intensité de la lumière de référence et de la lumière décalée Doppler afin d’optimiser le signal. Une fois tous les préparatifs terminés, scellez la culasse, la chambre cible et évacuez le canon du canon à moins de 100 millimètres. Mettez le radiateur en position et allumez-le.

Augmentez sa température par incréments de 100 degrés Celsius pour atteindre la température d’échantillon souhaitée. Mettre sous pression la décharge de tir et les chambres de chargement. Assurez-vous également de fixer le capteur de sabot à la chambre d’impact.

Une fois que tout est en place, éteignez le radiateur et déplacez-le immédiatement vers le haut vers le puits de chauffage. Enregistrez la température du thermocouple à la surface de l’échantillon. À partir de là, continuez avec la séquence de tir normale.

Il s’agit d’un exemple de tension enregistrée en fonction du temps lors d’une expérience typique d’impact de plaque normale à géométrie inversée. La trace rouge est le signal de déclenchement des broches basées sur la tension. La différence entre les temps de déclenchement de la première et de la dernière goupille permet d’estimer l’inclinaison maximale à l’impact.

Une onde longitudinale arrive à la surface arrière. Le signal noir est le résultat d’un diagnostic de mouvement normal de la surface libre à l’aide du vélocimètre Doppler photonique. Ce graphique représente la vitesse de surface normale libre pour une gamme de températures.

Les symboles de données vont du noir au rouge, représentant les températures initiales de l’échantillon les plus froides aux plus chaudes. La forte montée initiale est liée à la contrainte de l’échantillon d’aluminium à son interface avec la cible au fur et à mesure de l’évolution du choc. Le plateau résulte de l’adaptation de l’impédance entre l’échantillon et la cible.

Notez que la vitesse de surface libre la plus élevée est associée à la température la plus basse et que les vitesses diminuent avec l’augmentation de la température. Cela suggère un possible ramollissement thermique de l’échantillon dans les différentes conditions d’essai. Un résultat plus intéressant peut être vu dans la figure 16 qui montre la trace de vitesse normale des particules de surface libre obtenue à partir d’expériences d’impact de plaque normales à géométrie inverse réalisées sur du magnésium polycristallin de pureté commerciale.

Les résultats montrent une diminution monotone des vitesses des particules sur le plateau de choc avec une augmentation des températures de l’ordre de 23 à 610 degrés Celsius. Cependant, à des températures supérieures à ce niveau, c’est-à-dire 617 et 630 degrés Celsius, on observe clairement un renversement de cette tendance. Cette augmentation de la vitesse des particules suggère une augmentation de l’impédance de choc du matériau de l’échantillon.

De plus, en supposant que les constantes élastiques du matériau diminuent en fonction de l’augmentation de la température, une augmentation de l’impédance de choc dans ce cas suggère une augmentation de la limite d’élasticité et/ou du module plastique du matériau de l’échantillon. On peut voir que l’augmentation de la vitesse des particules au niveau du plateau de choc s’accompagne d’une augmentation des niveaux de vitesse des particules tout au long de l’augmentation initiale de la trace de vitesse des particules, qui est en corrélation avec les niveaux de contrainte de l’interface cible de l’échantillon pendant la plasticité naissante du matériau de l’échantillon. La figure 17 montre des micrographies de coupes transversales de la surface d’impact d’échantillons post-essai.

Les images montrent deux effets notables sur la microstructure en raison de l’augmentation de la température. La première est la maturation des grains avec l’augmentation de la température de l’échantillon. Les images montrent également un changement dans les formations de bandes jumelles.

En regardant attentivement les images correspondant à des températures allant de 23 à 500 degrés Celsius, une nette réduction des bandes jumelles est observée avec l’augmentation de la température. Cependant, à des températures plus élevées, c’est-à-dire 610, 617 et 630 degrés Celsius, une réémergence de ces bandes jumelles est observée, ce qui suggère que la formation de bandes jumelles est favorisée à la dernière extrémité de cette plage de température. Si les matériaux d’essai sont déjà assemblés, une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en cinq à six heures environ.

Lors de cette procédure, il est important de ne pas oublier de prendre soin de préparer les matériaux de l’échantillon afin que les tolérances de planéité et de parallélisme puissent être respectées de manière adéquate. En suivant cette procédure, des méthodes similaires telles que l’impact oblique de la plaque et l’impact de la plaque de cisaillement de la pression peuvent également être effectuées, ce qui permet de sonder le comportement dynamique du matériau à différents taux et modes de charge. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de réaliser une expérience d’impact de plaque à température élevée, ce qui vous permet d’atténuer plusieurs défis expérimentaux présents dans l’approche conventionnelle.