מאמר שיטה

ניצוח גבוהות בטמפרטורה רגילה, בשילוב לחץ-הטיה צלחת ההשפעה ניסויים באמצעות מערכת החימום Sabot עכוז-end

DOI:

10.3791/57232

⸱

7 באוגוסט 2018

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

במאמר זה

סיכום

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

כאן, אנו מציגים פרוטוקול מפורט של גישה חדשה עבור ניצוח השפעה הפוכה צלחת רגילה טמפ גבוהות, ההשפעה בשילוב לוחית לחץ-הטיה. הגישה כרוכה בשימוש של תנור סליל resistive עכוז-end לחמם מדגם שהתקיים החזיתי של sabot עמידים בחום עד לטמפרטורה הרצויה.

תקציר

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

מוצגת גישה מוזרה עבור ניסויים לחץ נורמלי ו/או משולב-הטיה צלחת ההשפעה בטמפרטורות הבדיקה עד 1000 ° C. השיטה מאפשרת ניסויים צלחת-השפעת טמפרטורה גבוהות לכיוון חיטוט התנהגות דינמית של חומרים תחת thermomechanical קיצוניים, בעודם מקלים מספר מיוחד ניסיוני לאתגרים העומדים בפני תוך כדי ביצוע ניסויים דומים באמצעות גישה ההשפעה צלחת קונבנציונלי. עיבודים מותאמות אישית שנעשו עכוז-סוף יחיד בשלב יורה כדורי סרק-אוניברסיטת קייס ווסטרן ריזרב; עיבודים אלה כוללים חלק במכונה-דיוק הרחבה עשוי פלדה SAE 4340, אשר נועד אסטרטגית להזדווג החבית-הרובה הקיימת תוך מתן רגישות גבוהה להתאים נשא ו- keyway. היצירה סיומת מכיל אנכי גלילי מחמם-באר, אשר הבתים אסיפה מחמם. התנגדות סליל חימום-ראש, מסוגלת להגיע לטמפרטורות של עד 1200 ° C, מצורף גזע אנכי עם מפוח/המסתובבת דרגות חופש; פעולה זו מאפשרת דגימות מתכת דק שהתקיים החזיתי של sabot עמידים בחום להיות מחומם בצורה אחידה על פני הקוטר לטמפרטורות המבחן הרצוי. על ידי חימום את הצלחת המעופפת (במקרה זה, לדוגמה) בסוף עכוז--קנה במקום בקצה היעד, באפשרותך תמנע מספר אתגרים ניסיוני קריטי. אלה כוללים: 1) שינויים קשות היישור של המטרה צלחת במהלך חימום בעקבות ההתרחבות תרמי המרכיבים מספר של ההרכבה מחזיק היעד; 2) אתגרים שעולים האלמנטים האבחון, (כלומר., פולימר מיכסים הולוגרפי, וזונדים אופטי) להיות קרוב מדי לאסיפה היעד מחוממת; 3) אתגרים הנובעים עבור היעד לוחות עם חלון אופטי, איפה טולרנסים מכריע בין המדגם, שנתחבר שכבה, וחלון הופכים יותר ויותר קשה לשמור בטמפרטורות גבוהות; 4) במקרה של בשילוב דחיסה-הטיה צלחת ההשפעה ניסויים, הצורך עמיד בטמפרטורות גבוהות מיכסים עקיפה לשקילת רוחבי של חלקיקים מהירות על פני השטח חינם של היעד; ו- 5) מגבלות המוטלות על מהירות פגיעה צורך פרשנות ברורה וחד משמעית של נמדד המהירות השטח חינם נגד הזמן פרופיל עקב תרמית ריכוך, ואולי מניב הלוחיות היעד התוחמת. על ידי ניצול של עיבודים שהוזכרו לעיל, אנו מציגים תוצאות מתוך סדרה של הגיאומטריה הפוכה צלחת רגילה ההשפעה ניסויים על טוהר מסחרי אלומיניום במגוון טמפרטורות הדגימה. אלה ניסויים הצג הפחתת מהירויות חלקיקים בתוך המדינה מיותרות, אשר מעידים על חומר ריכוך (ירידה בלחץ התשואה שלאחר זרימה) עם הגדלת דוגמת הטמפרטורות.

מבוא

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

יישומים הנדסיים, חומרים נחשפים למגוון רחב של מחלות, אשר יכול להיות סטטי או דינמי בטבע, יחד עם רמות גבוהות של דפורמציה, טמפרטורות הנעות בין חדר ליד נקודת ההיתוך. תחת אלה הקצוות thermomechanical ההתנהגות גשמי יכול להשתנות באופן קיצוני; לפיכך, במשך קרוב למאה שנה, מספר ניסויים פותחו מכוונים כלפי חיטוט התגובה דינמי ו/או מאפיינים אחרים של התנהגות גשמי ואילו תחת מבוקר טעינת משטרים1,2,3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14. מתכות טעון ב נמוך למתח ביניים תעריפי (/s0 -6-10 10), בורג סרוו-הידראולי או דיוק מכונות בדיקה יוניברסל שימשו כדי ללמוד את התגובה גשמי נתון טעינה מצבים שונים, רמות של דפורמציה. אך כמו המתח יישומית מחיריהם מעבר בשערים למתח ביניים (כלומר., > 102/s), טכניקות אחרות ניסיוני הכרחי על מנת לחקור את התגובה מכני. לדוגמה, ב להעמיס שערי 103/s עד 5 × 104/s בגודל מלא או מיניאטורי מפוצל-Hopkinson לחץ ברים אפשר מדידות כאלה צריכה להיעשות8,15.

באופן מסורתי, גז אור-רובים ו/או צלחת מטען מונע השפעה ניסויים כבר נעזרו ללמוד את inelasticity הדינמי, תופעה ייחודית נוספת כגון spallation, או שלב שינוי המתרחשים במחירים למתח גבוה מאוד (105-10 7/s)16,17,18,19,20,21,22, או שילוב של לחצים גבוהים וטעינה דינמי. . נוהג, צלחת ההשפעה ניסויים לערב ההשקה של צלחת עלון שישאו sabot בתחילה בסוף עכוז-יורה כדורי סרק, אשר נוסע לאורך כל החבית האקדח ואז עשוי להתנגש עם צלחת בזהירות מיושר מטרה נייח- ההשפעה קאמרית. בשל ההשפעה, לחץ נורמלי ו/או משולב, הטיה מדגיש נוצרים בנקודת הממשק עלון/יעד, אשר לנסוע דרך הממדים המרחבי של הצלחות כמו גלים אורכיים ו/או משולב אורכי, כלי מתח. הגעתו של הגלים האלה על פני השטח האחורי של המטרה צלחת משפיעים על מהירות חלקיק משטח חופשי מיידי של המטרה צלחת, אשר נעשה בדרך כלל באמצעות טכניקות interferometric. על מנת לאפשר את הפרשנות של מהירות החלקיקים נמדד לעומת זמן ההיסטוריה, זה הכרחי כי המטוס-גלי עם מקביל הקדמי אל פני השטח ההשפעה שיווצר על ההשפעה14,23. כדי להבטיח את ההשפעה לשעבר, חייבת להתבצע עם זווית הטיה השפעת גודל פחות מ- 2 מילי-רדיאן12,24, במשטחים ההשפעה של שטיחות יותר מיקרומטר מספר5,25.

צלחת ההשפעה ניסויים הסתגלו לכלול ספירלות המאפשרים חקירות של התנהגות חומרים כדי להרחיב thermomechanical קיצוניים26,27,28,29. עיבודים אלה כוללים בדרך כלל התוספת של סליל של אינדוקציה, או של רכיב מחמם resistive עד הסוף-המטרה של הגז-האקדח; למרות עיבודים אלה הוכחו להיות ריאלי ניסיוניים, הגישה מטבעו מוביל לאתגרים ניסויית מיוחד אשר דורשים שיקולים זהירים. כמה סיבוכים ניסיוני אלה כוללים הרחבה תרמי דיפרנציאלית של המרכיבים השונים יעד בעל הרכבה ו/או יישור מקבע תוך חימום את הצלחת היעד (דוגמה), אשר דורשת התאמות יישור-בזמן אמת, בדרך כלל מיוצר עם יישור וטלמכניים כלים עם משוב רציף על מנת לשמור על סובלנות מכריע ההקבלה בין הלוח לדוגמה ואת היעד. במקרה של לחץ-הטיה צלחת ההשפעה ניסיוני ערכת, חימום הדגימה דורש מיכסים פולימר קונבנציונלי להיות מוחלף על ידי סורגי מתכת עמיד בטמפרטורות גבוהות כדי לעקוב אחר רוחבי של חלקיקים מהירות על פני השטח חינם של המטרה צלחת. יתר על כן, חימום של המדגם ניתן להוסיף מגבלות על מהירות פגיעה זה יכול להיות מועסק במזימות ניסיוני מסוימים, כגון המתח גבוהה קצב בשילוב לוחית לחץ-הטיה ההשפעה תצורה, איפה שיקולים מיוחדים העשויים להידרש כדי למנוע פרשנות ברורה וחד משמעית של תוצאות הניסוי, אשר מחושבים באמצעות של עכבה אקוסטית של החזית ואת היעד אחורי פלטות אשר עשוי להיות תלוי בטמפרטורה. לבסוף, עבור תוכניות אחרות ניסיוני, אשר דורשים צלחת היעד עם חלון אופטי, טולרנסים בין הדגימה, בונד שכבה, ו/או ציפויים הופכים יותר ויותר קשה לשמור על טמפרטורות גבוהות19.

כדי להקל על האתגרים ניסיוני שהוזכרו לעיל, אנחנו עשינו עיבודים מותאם אישית לרובה הקיים יחיד בשלב הגז-ממוקם ב אוניברסיטת Western Reserve התיק (CWRU)7,30,31,32 . שינויים אלה מאפשרים דגימות מתכת דק שהתקיים החזיתי של sabot עמידים בחום להיות מחומם לטמפרטורות מעל 1000 ° C, לפני הירי, אשר מאפשרים טמפרטורה גבוהה בלחץ רגיל ו/או משולב-הטיה צלחת ההשפעה ניסויים כדי להיות ערכו. בניגוד למרבית גישות קונבנציונליות מועסק טמפרטורה גבוהות הצלחת מחקרים בעלי השפעה, שיטה זו הוכח כדי להקל על כמה מן האתגרים ניסיוני שתוארו לעיל. לדוגמה, גישה זו יש כבר מנוצל להשיג מידה זוויות הטיה של פחות מ- 2 מילי-רדיאן ללא הצורך כוונון הטיה מרוחק30או אלמנטים אופטיים נוספים עבור ניטור הטיה שינויים במהלך הניסוי. שנית, מאז המטרה צלחת נשאר תחת בטמפרטורות הסביבה, שיטה זו אינה דורשת בצורך מיוחד עמיד בטמפרטורות גבוהות מיכסים הולוגרפית לשקילת רוחבי של חלקיקים מהירות בניסויים השפעה עקיפה; בנוסף, יכול להיות מנוצל המהירות גבוהה יותר ללא הסיכון של מניב המטרה צלחת, ובכך גם להפחית את המורכבות של פרשנות של תוצאות הניסוי. כדי להוסיף, גישה זו יכול להיות מנוצל כדי לבצע ניסויים השפעה הפוכה-גאומטריה צלחת רגילה בטמפרטורה גבוהה המספקים לנו להמציא מערכות יחסים חומר מדגם הבחירה. אלו ניתן להשיג דרך טכניקות התאמת עכבה, או בנוסף, ניתוח של המאוורר rarefaction מפני השטח האחורי של המדגם הנושאות מידע לגבי שינויים במדגם הלם מהירות במהלך פריקה33,34 . בתצורה ההשפעה צלחת לחץ משולבת-הטיה טמפרטורה גבוהות, גישה זו מאפשרת את inelasticity הדינמי של סרטים רזה שילמדו עד טמפרטורה רחב טווח דפורמציה פלסטית ואת המתח-המחירים עד 107/s בהתאם של העובי של27,16,29הדגימה דק.

נציג את הפרוטוקולים הדרושים לביצוע ניסוי ההשפעה צלחת טמפרטורה גבוהות טיפוסי שנדונו לעיל. זה יבוא סעיף ייעודי נציג תוצאות שהושגו בטכניקה הנוכחי. לבסוף, דיון של התוצאות יוצגו לפני סיום.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

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

1. מדגם יעד גשמי הכנה

הערה: בפרוטוקול הבא, נפרט את השלבים הנחוצים עבור הכנת החומרים דגימה ואת היעד, אשר ישמשו מאוחר יותר בניסוי ההשפעה צלחת רגילה הגיאומטריה הפוכה. תוכנית התקנה זו, צלחת עלון (גם את הדגימה), החזיק בחזית sabot, להיות השיקה באמצעות אקדח גז שלב בודד, עשוי להשפיע על צלחת מטרה נייחת שוכנו בתא היעד של אקדח גז. טיפוסי עלון ואת המטרה צלחת אסיפה המתוארים להלן כללי התנהגות מוצג סכמטי באיור1.

  1. בסעיף מוט אלומיניום 99.999% polycrystalline טוהר מסחרי לתוך דיסקים אשר מאוחר יותר לשמש את הצלחות עלון (דוגמאות).
    הערה: ניתן לבצע זאת באמצעות מסור במהירות איטית כדי למנוע בטמפרטורות גבוהות ולא שיורי מדגיש פיסת עבודה.
  2. הפנים ולהפוך את הדיסקים מדגם על מחרטה בקוטר 76 מ מ, עובי של 5.6 מ מ.
  3. תרגיל equispaced שלושה חורים 5 מ מ בקוטר על 62 מ מ קוטר המעגל מודגש על הדיסקים לדוגמה, שישמשו מאוחר יותר כדי לאבטח את הדוגמאות כדי sabot.
  4. לטחון צידי הלוחות מדגם על מנת להשיג עמידות שטיחות, ההקבלה של כמעט 10 מיקרומטר לאורך הקוטר של הדגימות.
    1. לבצע סיבוב קשה על משטחים צלחת מדגם באמצעות מכונה מוזמים מסחרי עם גודל החלקיקים גס יחסית (10-20 מיקרומטר).
      הערה: משקל ניתן להוסיף בשלב זה עד משטחים lapped מגיעים גריי אפילו משעמם, המציין אחידות לאורך הקוטר של הדיסק.
    2. לנקות בזהירות את הדגימות lapped באמצעות אתנול להסיר את כל החלקיקים שיורית, שמן מינרלי. לאחר מכן, פולנית הרוחבי הצלחות מדגם באמצעות 1 מיקרומטר יהלום הדבק על מטלית ליטוש.
    3. בדוק את השטיחות של הדגימות על ידי התבוננות להקות אור דרך שטוח אופטי במגע עם המשטח עניין תחת מקור אור מונוכרומטי ירוק16.
      הערה: שטיחות ניתן לכמת על ידי התבוננות את העקמומיות של הלהקות אור על פני השטח של המדגם, או על-ידי ספירת מספר להקות מעבר הקוטר כמוצג באיור2.
      1. לא-לשלב הבא, אם 3 אור להקות או פחות נראים לאורך הקוטר מדגם המציין שטיחות כ- 2 מיקרומטר. אחרת, חזור על שלבים 1.4.1 - 1.4.3 עד 3 להקות אור או יותר מושגת.
  5. חזור על שלבים 1.1-1.3 ולהמציא את הצלחות היעד. סעיף מוט סגסוגת מוקשה (חוזק גבוה) משקעים (טבלה של חומרים) לתוך דיסקים, ואז המכונה אלה בקוטר של 25 מ מ, עובי של 7 מ מ. לבסוף, לטחון הצדדים שטוחות על 10 מיקרומטר.
    1. את סיבוב שני המשטחים של הלוחות היעד על מכונת מוזמים באמצעות 15 מיקרומטר אלומינה אבקת בשמן מינרלי עד המשטחים להשיג מראה אפור משעמם אפילו
      הערה: גודל של חלקיקים המקבילה של slurry יהלום יכול לשמש כדי להשיג את המחירים להסרה מהירה יותר, ואת השטח טוב יותר לחשוב בקול רם. בנוסף, ניתן להשתמש משקולות.
    2. חזור על שלב 1.4.2.
    3. בדוק את השטיחות של הלוחות היעד על ידי חוזר שלב 1.4.3. אם הלהקה אור 1 או יותר נצפית המשך לשלב הבא. אחרת, חזור על שלבים 1.4.1 - 1.4.3 עד להקת אור 1 או יותר מושגת. אם סורגי הולוגרפית נחוצים, להמשיך צעד 1.5.4, אחרת דלג לשלב 1.6.
  6. לנצל את הליך דומה כפי שמתואר בשלב 1.1-1.3 ולהמציא את הטבעת אלומיניום.
    1. סעיף של צינור אלומיניום עם הקוטר החיצוני והפנימי של 41 מ מ, 32 מ מ, בהתאמה, לטבעות, ואז פנים הצדדים בעובי 7 מ מ.
    2. תרגיל 6 3 מ מ, קוטר חריצי equispaced על מעגל 34.5 מ מ קוטר בורג. אלה יהיה מאוחר יותר הבית שישה מתח מוטה נחושת סיכות, אשר יאפשר מידות הטיה להתבצע את ההשפעה.
    3. לטחון, ארוטי, לנקות, וללטש שני המשטחים של טבעות אלומיניום באמצעות ההליכים המפורטים בשלב 1.4.
  7. דבקים לצלחת שטוחה היעד לזירה אלומיניום באמצעות תערובת אפוקסי שני-חלקים על דירה לאבטחת המתקן כמוצג באיור3. לאפשר את אפוקסי לרפא ללילה בטמפרטורת החדר.
    הערה: שני החלקים מאובטחים לשלב פלדה שטוח פלדה באמצעות 3 ברגים אשר בעדינות יד התהדקה כך הלחצים שהוחלו על היעד ואת הטבעת למנוע את האפוקסי דולף מסובבת כלפי חוץ.
    1. להסיר את כל שאריות דבק החריצים הרדיאלים או מפני השטח של הלוחות באמצעות אצטון.
    2. הכנס את מכלול טבעת המטרה צלחת/אלומיניום לתוך הטבעת פום.
      הערה: הדיסק פום מאוחר יותר יהיה רכוב על-כדי בעל יעד עם הסיבוב דרגות חופש, אשר יאפשר את היישור של חומרי הבדיקה בתוך החבית האקדח.
    3. לסמן את המיקום של שישה חריצי רדיאלי על המדרגה הפנימי של הטבעת פום, קודחים חורים thru-עובי 6-במקומות המסומנים.
    4. אמייל מחלקה 6 נחושת סיכות של סליל של 15 AWG חוטי נחושת עם האורך ~ 50 מ מ ולהסיר הבידוד אמייל שכבה של שניים מהם. הקש את הפין לתוך החריצים בדפוס סימטרי: שני פינים הקרקע ממוקמות במיקומים הנגדי של המעגל. לדחוף את הסיכות דרך החריצים ולהשאיר כ 2 מ מ בולטות מסובבת כלפי חוץ מפני השטח של הטבעת.
      הערה: הסיכות משמשות למדידת זווית הטיה ומספקים את לחצן האות במוקש.
    5. דבקים בנט-הקצוות של הסיכות נחושת השטח האחורי של הטבעת פום באמצעות תוספת מהיר-הגדרה אפוקסי.
    6. השתמש תערובת אפוקסי צמיגות נמוכה בשני חלקים כדי לסגור את הפער בין הטבעת אלומיניום בקיר הפנימי של הטבעת פום. לאפשר את אפוקסי לרפא ללילה בטמפרטורת החדר.
  8. להסיר את עודף מ מ 2 של נחושת סיכות בולטות מעל פני השטח של הטבעת אלומיניום. במקטע הראשון עודף פינס עם כלי רוטרי ולאחר מכן חול הנותרים אל פני השטח באמצעות נייר 300 חצץ חול רטוב, עד הפינים הם כמעט המים על פני השטח של הטבעת אלומיניום.
    1. ארוטי, לנקות וללטש את מכלול שלם באמצעות חזרה שלבים 1.4.1-1.4.3. ודא מכלול lapped כולו שטוח כדי בתוך 2-3 להקות אור.
    2. הלחמה את הקצוות של הסיכות נחושת 6 על פני הגב של הטבעת פום, והר לזירה פום בעל מטרה באמצעות ארבעה 6.35 מ מ קוטר פום סיכות.

2. הרכבה של Sabot עמידים בחום מותאם אישית

  1. אסוף את מכלול מרכיבי sabot עמידים בחום, המוצג באיור 4.
  2. לצרף eyebolt בקצה התחתון של הכיפה אלומיניום וטוסטים איטום o-ring ו PTFE מפתח בתוך החריצים של המכסה.
    הערה: המפתח של o-ring משמשים כדי למנוע הטיה וסיבוב של sabot במהלך הנסיעה שלה הקנה האקדח.
    1. למשוך את החבל תרמו-כמה דרך החור על החלק התחתון של המכסה, ולאבטח את החוט התרמו-כמה לתוך המחבר.
  3. דבקים המכסה של הקצה האחורי, סיליקט אלומינה שנאפת באופן מלא את צינור רוק לבה אל החזית של הצינור אלומיניום באמצעות הגדרה מהירה שני-חלקים אפוקסי.
  4. משוך את החללית התרמו-כמה דרך החור 76.2 מ מ קוטר H13 סגסוגת פלדה הכלי בעל מדגם.
  5. דבקים בעל מדגם H13 כדי החזיתי של הצינור לבה באמצעות מלט בטמפרטורה גבוהה, או דבק המקביל בטמפרטורה גבוהה.
  6. להחיל את הבטון בטמפרטורה גבוהה סביב 25 מ מ בקוטר של 3 מ מ עבה לבה הדיסק יושבת הפנימי thru-עובי 19 מ מ קוטר קונצנטריים החור של בעל H13. לאפשר את הבטון בטמפרטורה גבוהה כדי לילה יבש בטמפרטורת החדר.
  7. לאבטח את הדגימה כדי H13 בעל מדגם באמצעות 3 ברגים אלומינה ולהבטיח שטיחות המדגם לא משנה באמצעות פרוטוקול המתואר 1.4.3.

3. הרכבה של חומרי הבדיקה בתוך יורה כדורי סרק

  1. לנקות את השטח הקדמי של המדגם, מטרה עם אלכוהול איזופרופיל ולאחר מכן השתמש הקלטת כדי לאבטח הראשון מראות פני השטח של כל אחד.
  2. בורג הדק שלב 3-ציר תנועה על גבי extruding רוד לעיל האקדח חבית בתוך תא ההשפעה, ולצרף בעל מנסרה נושאת מנסרה דיוק אופטי לבמה.
  3. משוך בחבל דרך הקנה של האקדח, לצרף את החבל sabot ויה eyebolt על המכסה אלומיניום.
  4. למקם את sabot קנה עם הדגימה הפונה לכיוון החדר ההשפעה, ולמקם את מכלול בעל מטרה לתא היעד מול המדגם.
  5. יישר את מיקום המטרה על ידי התאמת הפינים מיקום פום ארבע עד המראה הראשון-משטח היעד מיושרת המראה הראשון-פני על הדגימה.
    1. ביצוע של יישור גס של ההקבלה בין הלוחות מדגם ואת היעד בעזרת נורת כשמאירים ומראה רעיוני. התאם את הבמה עד ניתן לראות תמונה אחת משתקף רציפה של הנורה מכל המשטחים על המנסרה יישור.
  6. השתמש של auto-קולימטור24 כדי להשיג את היישור משובחים.
    1. התאם את הבמה עד הדימוי המשתקף של הצלב מפני השטח האחורי מנסרה מיושר עם התמונה משתקפת במראה הראשון-פני על הדגימה.
    2. התאם את מכלול היעד על-ידי הפעלת את הברגים מיקום בעל יעד עד הדימוי המשתקף של הצלב מפני השטח האחורי מנסרה מיושרת עם התמונה משתקפת במראה הראשון-משטח היעד.
  7. הסר את המראות הראשון-פני הדגימה ואת היעד. גם להסיר המראה רפלקטיביים, פריזמה, מחזיק פריזמה, הבמה התאמה תא ההשפעה.
  8. . תעצור את sabot עכוז-סוף יורה כדורי סרק באמצעות החבל ולאחר מכן הסר את החבל מן הכובע.
  9. להשאיר ~ 2.5 מ מ מרחק בין sabot את הראש חימום ולהתאים בהתאם אורך הברגים המונעות את התנועה האחורי של sabot לכיוון עכוז.
  10. להתחבר התרמי-הזוג שהצג אבחון טמפרטורה.
    הערה: החוט תרמי-כמה בצד צג טמפרטורה כבר הכניסו בתוך החבית דרך צינור ואקום באמצעות של הסדרה.

4. סידור והיישור של האבחון מבוססת לייזר

  1. לשים שני עוגנים משורשרות החורים על הגב של בעל המכשיר focuser. הדק את שני הברגים באמצעות העוגנים עד שיגיעו על פום כדי לאפשר את החופש לשנות את זווית הקרן התקרית.
    1. לקדוח חור thru-עובי על החלק התחתון של בעל המכשיר focuser ואבטח אותו על מגנט גלילי משורשרות.
    2. משוך על בדיקה focuser סיב אופטי דרך צינור אלומיניום והדבק את החללית אל הצינור אלומיניום על-ידי החלת אקסטרה מהיר-מערכת אפוקסי סביב הראש בדיקה קצה הצינור אלומיניום. דחפו את הראש בדיקה כמו קדימה לתוך הצינור ככל האפשר, אך הקפד להשאיר את העדשה בדיקה מן אפוקסי. המתן עד תוספת מהיר-מערכת אפוקסי הוא מוקשה.
    3. להתחבר focuser אופטי את הכל-סיבים-אופטיים NDI/TDI interferometer31, הנח את מכלול focuser על בעל מטרה לכוון לעבר המשטח האחורי של המטרה.
  2. להפעיל את הלייזר, במקרה זה בד ארביום 2W מצמידים לייזר, 0.2-0.4 כוח W. לאחר מכן, להתאים את המיקום של המכשיר focuser באמצעות הברגים מחוברים מכלול focuser עד צימוד אור הנכונה מושגת האות רכשה ממוטבת.
  3. התאם את מצמד יחס משתנה כדי להתאים את עוצמת הפניה ואור דופלר-העביר עד האות שמוצג על אוסצילוסקופ ממוטבת.
    הערה: אם תנועה רוחביים אבחון נדרשים, נא עיין צעדים 4.5-4.6.
  4. לשים שני עוגנים הליכי משנה החורים על הגב של בעל focuser פום ולאחר מכן הדק את שני הברגים באמצעות העוגנים עד שהם ייגעו על פום.
    1. לקדוח חור thru-עובי על החלק התחתון של בעל המכשיר focuser ואבטח אותו על מגנט גלילי משורשרות.
    2. משוך על בדיקה קולימטור סיב אופטי דרך צינור אלומיניום והדבק את החללית אל הצינור אלומיניום על-ידי החלת אקסטרה מהיר-מערכת אפוקסי סביב הראש בדיקה קצה הצינור אלומיניום. דחפו את הראש בדיקה כמו קדימה לתוך הצינור ככל האפשר, אך הקפד להשאיר את העדשה בדיקה מן אפוקסי. המתן עד תוספת מהיר-מערכת אפוקסי הוא מוקשה.
    3. חזור על השלבים שלעיל ב- 4.4 כדי להפוך שתי הרכבות ולשים אותם בבית הבליעה ההשפעה.
  5. להתאים את העמדות ואת הזוויות של collimators סיב אופטי המקבל עם המגנט, שני הברגים על המחזיק פום עד האינטנסיביות של מסדר הראשון diffracted קורות נמדדת על הצגים חשמל ממוטבת.
  6. לנתק את הצג כוח וחבר את collimators המקבלת שני כל-סיבים-אופטיים TDI interferometer31.

5. ביצוע הניסויים השפעה הפוכה הגיאומטריה צלחת רגילה/לחץ-הטיה בטמפרטורה גבוהה

  1. באבטחת והסתיר את ראשי על-ידי הידוק את התפסים ארבע על דלת הכניסה של החדר ההשפעה ולאחר מכן סגור את התא באמצעות סרט פוליאסטר המוברגת מקורבות משנית.
  2. להגביר את הלחץ חותם ~ 207 kPa ולאחר מכן סגור את. אקדח הגז בסוף עכוז על ידי הידוק הברגים בוהסתיר.
  3. להפעיל את משאבת ואקום עכוז-end, ולאחר מכן הפעל את משאבת ואקום סוף-תא היעד.
  4. ודא כי שם אין תנועה של sabot לכיוון החדר הנגרמת על ידי לחץ לבין החלק הקדמי, האחורי של sabot. המתן עד החדר מפונה ללחץ פחות מ- 100 mTorr.
  5. הפעל בשיטת המדידה המבוססות על לייזר-משרעת sabot מהירות ההשפעה.
  6. להזיז את החימום אל המיקום מסומן, את החימום. מעלה את הטמפרטורה של החימום עם גידול של 100 ° C עד הטמפרטורה הרצויה לדוגמה.
  7. לדחוס את הירי dump תא ל kPa ~ 1103, ואת תא המטען לרמה הרצויה בהתאם הנבחר להשפיע על מהירות. כמו כן, לאבטח הנדפק sabot לתא השפעה.
  8. לכבות את התנור ולהתקדם באופן מיידי את החימום כלפי מעלה לעבר הבאר-דוד שמש. רשום את הטמפרטורה על הטמפרטורה נמדדת צג אבחון שמציג את צמד תרמי sabot על פני מדגם.
  9. מיד פתח את חותם שסתום שחרור ה-dump ירי קאמרית ברגע הלחץ חותם צונח לאפס.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

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

מ מ 82.5 נשא, 6 מ' אורך, אקדח גז יחיד בשלב-CWRU מסוגל מאיץ 0.8 ק ג קליעים כדי במהירויות של עד 700 m/s שימש לביצוע הניסויים הנוכחי. איור 5 מראה תמונה של המתקן ששונה יורה כדורי סרק-CWRU. לפני ירי, sabot מעוצב מותאם אישית זה שוכן בתוך היצירה סיומת מחמם, המוצגת באיור 6. היצירה הרחבת נושא אנכי מחמם טוב המאפשר תנור סליל resistive להכנס ולצאת הנתיב של sabot. סליל חימום זו מאפשרת את הצלחת המעופפת שנערך בחזית sabot להיות מחומם באמצעות קרי...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

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

השיטה ואת הפרוטוקול האמור לעיל מפורט נוהל כראוי ביצוע ניסוי השפעה הפוכה הגיאומטריה צלחת רגילה בטמפרטורות גבוהות. בגישה זו, אנחנו שינויים מותאם לקנה האקדח בסוף בלחץ גבוה (עכוז) האקדח גז קיימים שמורת אוניברסיטת קייס ווסטרן, לבית סליל חימום התנגדות עם מפוח, כשעוצמת דרגות חופש. המערכת סליל חימום התנגדות מאפשרת דגימות אלומיניום דק, שהתקיים החזיתי של sabot חימום עמיד, להיות מחומם עד סמוך טמפרטורות ההיתוך (העולה על 640 ° C), לפני הירי. בעזרת החימום דיור הסתגלות בשילוב עם sabot עמידים בחום, טמפרטורה גבוהות הצלחת ההשפעה הניסויים ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

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

המחברים אין לחשוף.

תודות

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

המחברים רוצה להכיר את התמיכה הכספית של מחלקת האנרגיה של ארצות הברית דרך סדרנות המדע אקדמי הברית DOE/NNSA (דה-NA0001989 ו- DE-NA0002919) בביצוע מחקר זה. לבסוף, המחברים רוצה המעבדה הלאומית לוס אלמוס. תודה על שיתוף הפעולה שלהם כדי לתמוך במאמצים עוברת בחקירות הנוכחיים והעתידיים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
99.999% טוהר מסחרי אלומיניום פוליקריסטליGoodfellowAL007970 חומר לצלחת פלייר (מדגם)
H13 פלדת כלימרכז ייצור של CWRUN / Aחומר למחזיק המדגם
טיפול בפתרון וגיל Inconel 718 סגסוגת מתכותבטמפרטורה גבוההN / A(1.005 / 1.015) "קוטר x 24", חומר לצלחת
יעד Photoresist S1805MicroChemN/Aחומר הפוטו-רזיסט לסורג הולוגרפי
מפתח CD-26MicroChemN/Aמפתח לפוטו-רזיסט לסורג הולוגרפי
צינור אלומיניום 6063McMaster-Carr4568T19חומר לטבעת במכלול היעד
מוט שרף אצטל שחור (R) (קוטר 4-1/2 אינץ')McMaster-Carr8576K81חומר למחזיק Delrin במכלול היעד
מוט שרף אצטי לבן Delrin (R) (קוטר 1/4 אינץ')מקמאסטר-קאר8572K51חומר לפיני דלרין במכלול היעד
צינור אלומיניום 6061מקמאסטר-קאר9056K24חומר לגוף במכלול קליע
מוט אלומיניום 6061מקמאסטר-קאר8974K88חומר לכובע במכלול קליעים
יריעת טפלוןמקמאסטר-קאר8711K98חומר למפתח
LAVA-FF - אלומינה מוצרים טכניים של דיסק סיליקטCWR-033116-1
LAVA-FF - צינור סיליקט אלומינהמוצרים טכנייםALR11515
בורג ראש מחורץ אלומינה מחבתCeramcoA83200PANSLT0.500
409 N70 Buna-N טבעת Oחנות טבעתB70409
Loctite Hysol 9412 דבקLoctite83107
גבוה צמנטי טמפרטורהOMEGA EngineeringOB-300
אפוקסי מהיר במיוחדאלסוורת'4001
גיליון מיילרמקמאסטר-קאר8567K94

מקורות

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

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

Elevated Temperature Plate ImpactPressure Shear ExperimentsBreech end Sabot HeaterGas Gun ModificationsPhotonic Doppler VelocimeterReverse Geometry ImpactThermal Softening AnalysisHigh Temperature Materials TestingDynamic Material CharacterizationCustom Sabot Assembly

מאמרים קשורים