Un metodo per studiare la dipendenza dalla temperatura della dinamica Frattura e frammentazione

L'obiettivo del seguente esperimento è quello di sviluppare un metodo per studiare la frattura dinamica e la frammentazione di un materiale sottoposto ad alta velocità di deformazione, carico di trazione per un intervallo di temperature iniziali del campione. Ciò si ottiene con una geometria del cilindro espandibile azionata da una pistola a gas, in cui il campione assume la forma di un cilindro cavo contenente all'interno un inserto in acciaio a forma di O jive, che è l'apparato di controllo della temperatura. Come seconda fase, il cilindro bersaglio viene quindi montato all'estremità della canna della pistola a gas e la diagnostica della simmetria a V basata su laser viene installata per misurare la velocità di espansione in diversi punti lungo il cilindro e l'imaging ad alta velocità viene utilizzato per monitorare la frattura, l'inizio e la crescita.

Successivamente, il cilindro viene portato alla temperatura desiderata e il proiettile in policarbonato viene lanciato nel bersaglio. L'impatto risultante tra il proiettile e l'inserto OJ provoca il flusso del policarbonato verso l'esterno spingendo il cilindro in un'espansione radiale uniforme, che crea uno stato di sollecitazione di trazione attorno alla direzione circonferenziale. La simmetria della vela e l'imaging ad alta velocità possono quindi essere utilizzati per determinare le caratteristiche di rottura della deformazione e frammentazione del materiale con la temperatura, insieme all'analisi dei frammenti per accertare i meccanismi di frattura.

Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ad altri metodi esistenti, come la classica tecnica invernale o l'uso di esplosivi o di Hopkins e barre a trazione in modo da poter studiare l'effetto della temperatura iniziale del campione senza influenzare fattori sperimentali come il carico o la velocità di deformazione nel campione. Inizia i preparativi per l'esperimento con un cilindro bersaglio lavorato in lega di titanio, titanio, 6% alluminio, 4% di vanadio in percentuale in peso o lega sei quattro. Il cilindro è lungo 150 millimetri con un diametro interno di 50 millimetri e uno spessore della parete di quattro millimetri.

La finitura superficiale deve essere priva di segni di lavorazione e lasciata leggermente diffusa per l'uso Con la simmetria della vela doppler fotonica, procedere al legame delle termocoppie lungo il cilindro. Inizia ad assemblare il bersaglio. Per prima cosa posizionare l'inserto OJ nella parte posteriore del cilindro e fissarlo in posizione con le viti di presa.

Quindi, posizionare il cilindro e il gruppo O jive nel manicotto di montaggio. Fissarlo con grani. A questo punto, installare l'apparecchio di riscaldamento o raffreddamento.

Per questo esperimento, posizionare un carico resistivo del microma nella parte posteriore dell'inserto O jive. Ecco l'assemblaggio finale con le termocoppie per consentire la misurazione della temperatura lungo il cilindro e le sonde dimostrano la simmetria qui. L'assemblaggio finale del bersaglio è mostrato accanto al proiettile della pistola a gas per il confronto.

Dopo aver pulito i connettori della sonda, allineare approssimativamente le sonde con un laser visibile, il nostro laser a 660 nanometri passa attraverso una sonda e sul cilindro per un allineamento approssimativamente normale. Regolare la sonda fino a quando la luce riflessa non ricade sulla sonda. Procedere a un allineamento più accurato utilizzando un laser a 1.550 nanometri e un circolatore ottico.

Per misurare la quantità di luce riflessa raccolta, regolare ciascuna sonda fino a raggiungere il valore massimo. Una volta che il bersaglio è pronto, inizia a lavorare con la pistola a gas. Posizionare un tappo di allineamento accuratamente lavorato all'interno dell'estremità della canna.

Quindi, installare il gruppo target sopra la spina e regolare il supporto target finché il cilindro non è allineato. Coassialmente con la canna. Con il bersaglio allineato, collegare la bobina di riscaldamento ai cavi ad alta corrente e le fibre ottiche al sistema di simmetria Vela Doppler fotonica.

Torna alla canna per installare un grilletto per l'hardware di cronometraggio. Posiziona una coppia di grilletti all'estremità della canna in modo tale che un proiettile completi un circuito all'uscita dalla canna. Quindi misurare la distanza dal grilletto al punto di impatto sull'O jive per consentire una stima del tempo di impatto.

A questo punto, configurare il sistema di imaging ad alta velocità. Usa gli specchi per trasmettere le immagini attraverso la porta ottica della pistola a gas. Posiziona le pistole flash in modo che puntino il cilindro dalla parte anteriore e dall'alto.

Montare una telecamera ad alta velocità all'esterno del serbatoio target allineata e focalizzata sul cilindro. Il cilindro dovrebbe quasi riempire il telaio, lasciando spazio per l'espansione del cilindro. Quando tutto è in ordine, prendere le opportune precauzioni di sicurezza per i laser nel sistema di simmetria della vela doppler fotonica.

Quindi accendere il sistema di simmetria della vela e gli oscilloscopi e controllare la simmetria della vela. Livelli di potenza e allineamento della sonda. Quindi, utilizzare una scheda di visualizzazione a infrarossi per determinare la distanza dalla parte posteriore del cilindro al punto in cui sono focalizzate le sonde di simmetria vela.

Accendere il laser di riferimento per controllare il segnale per ogni canale. Imposta il battito di velocità zero su cinque gigahertz. Dopo un test finale di tutta la diagnostica, rimuovere il tappo di allineamento e chiudere il serbatoio.

Installare il proiettile prepararsi a sparare evacuando il serbatoio bersaglio a circa 50 milli e impostando l'hardware di temporizzazione per avere immagini ad alta velocità e oscilloscopio. Il tempo zero coincide con il tempo stimato dell'impatto. Accendi i laser e attiva la diagnostica prima di mettere in sicurezza la stanza e passare alla sala di controllo.

Dalla cabina di regia. Inizia a riscaldare il bersaglio alla temperatura desiderata. Quando la temperatura viene raggiunta, caricare l'arma alla pressione di sparo desiderata.

Una volta raggiunta la pressione di sparo, fare un controllo finale. Spegnere l'alimentazione del riscaldamento. Procedi con un conto alla rovescia e spara 3, 2, 1.

Dopo aver sparato, piegare la pistola a gas, salvare i dati della fotocamera mentre la pistola torna alla pressione atmosferica. Quando è sicuro procedere, torna nella sala armi, spegni il laser e salva i dati dell'oscilloscopio. Continua aprendo il serbatoio bersaglio per raccogliere i detriti. Macerie.

I detriti saranno costituiti da Tie sei, quattro e altri frammenti di metallo. Rimuovere tutti i frammenti metallici dal serbatoio per la successiva estrazione e analisi del tirante sei quattro. Questo video ad alta velocità è di un cilindro in lega di titanio a 150 K.La velocità del proiettile era di 1000 metri al secondo.

La fotocamera di inquadratura ha raccolto un'immagine ogni 10 microsecondi con un'esposizione di 0,7 microsecondi. La simmetria della vela Doppler di Botone ha fornito i dati per questo grafico, che fornisce la velocità di espansione in funzione del tempo. Le due curve piene sono per il cilindro 150 K.

La curva nera è per la posizione pro. All'incirca all'estremità dell'O jive, la curva rossa è per un punto più indietro lungo l'O jive. Per confronto, le curve tratteggiate forniscono dati per un cilindro a 800 K.Ancora una volta, la curva nera è all'estremità O jive e la curva rossa è più indietro.

Il cilindro chiamato ha una decelerazione inferiore dopo la velocità di picco, suggerendo una frattura iniziata prima. Qui, le curve colorate solide corrispondono alla deformazione radiale accumulata in quattro punti lungo la lunghezza del cilindro tenuto a 150 K.I punti e la linea tratteggiata di collegamento sono il numero di crepe visibili utilizzando l'asse a, a destra. Ebbene, queste immagini del video ad alta velocità consentono di raccogliere informazioni sull'attivazione temporale della frattura.

Qui, le fratture longitudinali multiple sono evidenti nel cilindro da 150 K Seguendo le procedure che abbiamo presentato qui, come l'imaging ad alta velocità e le misurazioni della velocità. Un'attenta analisi dei frammenti recuperati può rivelare i meccanismi di frattura che si verificano nel campione responsabile della frammentazione.