Name: Lo svolgimento di elevata temperatura normale e combinato di pressione-taglio piatto impatto esperimenti tramite un sistema di riscaldamento-culatta Sabot (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-07T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 52 s
Description: Scopri un nuovo protocollo per esperimenti di impatto a piastra a temperatura elevata e pressione-taglio combinata. Il metodo utilizza un riscaldatore a bobina resistiva per caratterizzare la resistenza dinamica al taglio dei metalli.

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Gli autori si desidera ringraziare il sostegno finanziario del dipartimento americano di energia attraverso la Stewardship scienza accademica alleanza DOE/NNSA (DE-NA0001989 e DE-NA0002919) nel condurre questa ricerca. Infine, gli autori vorrei ringraziare Los Alamos National Lab per la loro collaborazione a sostegno degli sforzi che subisce nel corso delle inchieste attuali e future.

1. campione e preparazione del materiale di destinazione
Nota: Nel seguente protocollo, ci saranno i dettagli i passaggi necessari per preparare i materiali del campione e di destinazione, che verranno successivamente utilizzati in un esperimento di impatto piastra normale geometria inversa. In questa configurazione, una lastra di flyer (anche il campione), contenuta nella parte anteriore di un sabot, sarà lanciata tramite una pistola a gas monostadio e reso all'impatto una piastra bersaglio fermo alloggiata nella camera di destinazione della pistola a gas. Un tipico gruppo di piastra di flyer e destinazione descritto nel protocollo seguente è rappresentato schematicamente nella Figura 1.
<ol><li>Sezione una barretta di alluminio policristallino commerciale purezza 99,999% in dischi che verranno successivamente utilizzati come le piastre di flyer (campioni). Nota: Questo può essere fatto utilizzando una sega a bassa velocità per evitare alte temperature e tensioni residue nel pezzo da lavorare.</li>
	<li>Affrontare e girare i dischi di esempio su un tornio per un diametro di 76 mm e spessore di 5,6 mm.</li>
	<li>Eseguire tre fori equidistanti 5 mm di diametro su un cerchio di grassetto diametro 62 mm sui dischi del campione, che verrà successivamente utilizzato per fissare i campioni per il sabot.</li>
	<li>Macinare entrambi i lati delle piastre campione al fine di ottenere una tolleranza di planarità e parallelismo di quasi 10 µm sopra il diametro dei campioni.<ol>
<li>Eseguire un giro grezzo sulle superfici campione piatto utilizzando una macchina commerciale di lappatura con granulometria relativamente grossolana (10-20 µm). Nota: Un peso può essere aggiunto in questo passaggio fino a raggiungono le superfici lappate un grigio anche opaco, che indica l'uniformità in tutto il diametro del disco.</li>
		<li>Pulire accuratamente i campioni lappati utilizzando etanolo per rimuovere eventuali particelle residue e olio minerale. Quindi, polacco entrambe le superfici delle piastre campione utilizzando pasta di diamante 1 µm su un panno di lucidatura.</li>
		<li>Verificare la planarità dei campioni osservando bande luminose attraverso un piatto ottico a contatto con la superficie di interesse sotto una sorgente luminosa monocromatica verde16. Nota: Planarità può essere quantificata osservando la curvatura delle bande luce sulla superficie del campione, o contando il numero di bande attraverso il diametro come mostrato nella Figura 2.<ol>
<li>Mossa-il passaggio successivo se bande di luce 3 o meno è visti attraverso il diametro di campione che indica che una planarità di circa 2 µm. in caso contrario, ripetere i passaggi da 1.4.1 - 1.4.3 fino a 3 bande di luce o meglio è raggiunto.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ripetere i passaggi da 1.1-1.3 per fabbricare le piastre di destinazione. Sezione di una canna di lega di precipitazione indurito (alta resistenza) (Tabella materiali) in dischi e poi macchina questi ad un diametro di 25 mm e spessore di 7 mm. Infine, macinare entrambi i lati piatto per circa 10 µm.<ol>
<li>Giro entrambe le superfici delle piastre destinazione su una macchina lappatura utilizzando polvere di allumina 15 µm in olio minerale fino a raggiungere le superfici un aspetto grigio anche opaco. Nota: Un'equivalente granulometria del liquame diamante utilizzabile per ottenere tassi più veloci di rimozione e la superficie migliore modo riflessivo. Inoltre, i pesi possono essere utilizzati.</li>
		<li>Ripetere il punto 1.4.2.</li>
		<li>Verificare la planarità delle piastre destinazione ripetendo il passaggio 1.4.3. Se si osservata 1 banda luminosa o meglio procedere al passaggio successivo. In caso contrario, ripetere i passaggi 1.4.1 - 1.4.3 finché non si ottiene 1 banda luminosa o meglio. Se reticoli olografici sono necessari, procedere al passaggio 1.5.4, altrimenti passare al punto 1.6.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Utilizzare una procedura simile come descritto nel passaggio 1.1-1.3 per fabbricare l'anello di alluminio.<ol>
<li>Sezione di un tubo di alluminio con i diametri interno ed esterno di 41 mm e 32 mm, rispettivamente, ad anelli e poi affrontare i lati ad uno spessore di 7 mm.</li>
		<li>Trapano sei equidistanti slot di diametro di 3 mm su un cerchio di bullone di diametro 34,5 mm. Questi saranno poi casa tensione Sei prevenuto rame perni, che consentiranno di inclinazione misurazioni da effettuare al momento dell'impatto.</li>
		<li>Macinare, lap, pulire e lucidare entrambe le superfici degli anelli in alluminio utilizzando le procedure descritte al punto 1.4.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Aderire la piastra bersaglio piatto per l'anello di alluminio usando una miscela di resina epossidica due parti su un piatto di fissaggio rig come mostrato nella Figura 3. Consentire la resina epossidica curare una notte a temperatura ambiente. Nota: Le due parti sono fissate ad una fase d'acciaio piana utilizzando tre viti che sono delicatamente stretto affinché le pressioni applicate sull'obiettivo e l'anello di impediscono che la resina epossidica fuoriuscita verso l'esterno a mano.<ol>
<li>Rimuovere qualsiasi adesivo avanzi dalle fessure radiali o dalla superficie delle piastre utilizzando acetone.</li>
		<li>Inserire l'assembly di destinazione piastra/alluminio anello anello POM. Nota: Il disco POM sarà successivamente montato su-a un titolare di destinazione con gradi di libertà rotazionale, che consentirà l'allineamento dei materiali di prova all'interno della canna del fucile.</li>
		<li>Segnare la posizione dei sei spazi radiale sul gradino interno dell'anello POM e sei fori di thru-spessore nei punti contrassegnati.</li>
		<li>Sezione 6 rame perni da un rocchetto di 15 AWG smaltato filo di rame con la lunghezza di ~ 50 mm e rimuovere l'isolamento smaltato strato da due di loro. Premere i perni nelle fessure un reticolo simmetrico: due pin di terra sono posizionati in luoghi opposti del cerchio. Spingere i perni attraverso le fessure e lasciare che sporge verso l'esterno dalla superficie dell'anello di circa 2 mm. Nota: I perni vengono utilizzati per misurare l'angolo di inclinazione e forniscono il segnale di trigger.</li>
		<li>Bent-estremità dei perni di rame sulla superficie posteriore dell'anello POM utilizzando resina epossidica extra fast-impostazione di aderire.</li>
		<li>Utilizzare una miscela di resina epossidica di bassa viscosità due parti per sigillare il divario tra l'anello di alluminio e la parete interna dell'anello POM. Consentire la resina epossidica curare una notte a temperatura ambiente.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Rimuovere l'eccesso di 2 mm di rame perni sporgenti dalla superficie dell'anello in alluminio. Prima sezione l'eccesso perni con un utensile rotante e poi sabbia il restante fino alla superficie con carta abrasiva 300 sabbia bagnata, fino a quando i perni sono quasi a filo sulla superficie dell'anello in alluminio.<ol>
<li>Giro, pulire e lucidare l'intera Assemblea ripetendo i passaggi 1.4.1-1.4.3. Garantire che l'intero assemblaggio lappata è piatta entro 2-3 bande luminose.</li>
		<li>Saldare le estremità dei perni di rame sei sulla superficie posteriore dell'anello POM e montare l'anello POM al titolare di destinazione utilizzando quattro perni POM diametro 6,35 mm.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. montaggio del Sabot resistente al calore personalizzato
<ol><li>Raccogliere i componenti di assemblaggio per il sabot resistente al calore, illustrato nella Figura 4.</li>
	<li>Allegare un golfare all'estremità inferiore del tappo in alluminio e garantire una tenuta o-ring e un PTFE chiave nelle scanalature della PAC. Nota: La chiave e l'o-ring sono utilizzati per prevenire l'inclinazione e la rotazione del sabot durante il suo viaggio giù la canna del fucile.<ol>
<li>Tirare il filo di termo-coppia attraverso il foro sul fondo del tappo e fissare il filo di termo-coppia in un connettore.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Aderire il cappuccio per il back-end e il silicato di allumina completamente licenziato tubo di Lava rock per il front-end del tubo di alluminio mediante resina epossidica impostazione rapida due-parti.</li>
	<li>Estrarre la sonda termo-coppia attraverso il foro nel supporto del campione della lega di acciaio per utensili 76,2 mm diametro H13.</li>
	<li>Aderire il portacampioni H13 per il front-end del tubo di Lava utilizzando cemento ad alta temperatura, o adesivo equivalente ad alta temperatura.</li>
	<li>Applicare il cemento ad alta temperatura intorno a 25 mm di diametro e 3 mm spessore Lava disco seduto sulla cima il foro concentrico di diametro interno thru-spessore 19 mm del titolare H13. Lasciare che il cemento ad alta temperatura per asciugare durante la notte a temperatura ambiente.</li>
	<li>Fissare il campione a H13 portacampioni con tre viti di allumina e garantire che la planarità del campione non cambia utilizzando il protocollo descritto in 1.4.3.</li>
</ol>3. montaggio dei materiali Test entro la pistola a Gas
<ol><li>Pulire la superficie anteriore del campione e destinazione con alcool isopropilico e quindi utilizzare nastro per garantire la primi superfici specchi alla superficie di ciascuna.</li>
	<li>Avvitare una fase di movimento a 3 assi su un asta d'espulsione sopra la pistola barile all'interno della camera di impatto e fissare il supporto del prisma che trasportano un prisma ottico di precisione sul palco.</li>
	<li>Tirare una corda attraverso la canna del fucile e collegare la corda per il sabot tramite il golfare sul cappuccio di alluminio.</li>
	<li>Inserire il sabot in canna del fucile con il campione che si affaccia verso la camera di impatto e inserire l'Assemblea del supporto di destinazione nella camera di destinazione, il campione di fronte.</li>
	<li>Allineare la posizione del bersaglio regolando i quattro perni di posizionamento POM finché lo specchio prima superficie sulla destinazione non è allineato allo specchio prima superficie sul campione.<ol>
<li>Eseguire un allineamento grezzo del parallelismo tra le piastre di campione e di destinazione utilizzando una lampadina diffusa e uno specchio riflettente. Regolare la fase fino a una singola immagine riflessa continua della lampadina può essere visto da tutte le superfici sul prisma di allineamento.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Utilizzare un auto-collimatore24 per ottenere l'allineamento fine.<ol>
<li>Regolare la fase fino a quando l'immagine riflessa della Croce dalla parte posteriore del prisma è allineato con l'immagine riflettuto dallo specchio prima superficie sul campione.</li>
		<li>Regolare l'assembly di destinazione agendo sulle viti di posizionamento del supporto di destinazione fino a che l'immagine riflessa della Croce dalla parte posteriore del prisma è allineato con l'immagine riflettuto dallo specchio prima superficie sulla destinazione.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Rimuovere gli specchietti di prima superficie dal campione e destinazione. Anche rimuovere lo specchio riflettente, Prisma, prisma e la fase di regolazione dalla camera di impatto.</li>
	<li>Tirare il sabot alla culatta-fine della pistola a gas utilizzando la corda e quindi rimuovere la corda dal tappo.</li>
	<li>Lasciare ~ 2,5 mm distanza tra il sabot e la testa del riscaldatore e di conseguenza regolare la lunghezza delle viti che impediscono il movimento posteriore del sabot verso la culatta.</li>
	<li>Collegare la termo-coppia per il monitor di diagnostica di temperatura. Nota: Il filo di termo-coppia all'estremità di monitor di temperatura è stato messo all'interno della canna attraverso il tubo vuoto utilizzando un passante.</li>
</ol>4. Schema di montaggio e allineamento del sistema diagnostico basato su Laser
<ol><li>Mettere due ancoraggi filettati nei fori sul retro del titolare sonda del focheggiatore. Serrare le due viti attraverso le ancore fino a raggiungere il POM per consentire la libertà di cambiare l'angolo del fascio incidente.<ol>
<li>Praticare un foro passante-spessore sulla parte inferiore del titolare sonda del focheggiatore e fissarlo su un magnete cilindrico filettato.</li>
		<li>Tirare una sonda del focheggiatore di fibra ottica attraverso un tubo di alluminio e colla la sonda per il tubo di alluminio mediante l'applicazione di resina epossidica extra fast-set intorno la testa della sonda e la punta del tubo in alluminio. Spingere la testa della sonda come attaccante nel tubo come possibile, ma assicuratevi di lasciare la lente della sonda dalla resina epossidica. Attendere che la resina epossidica extra fast-set è indurita.</li>
		<li>Collegare il focheggiatore ottico al tutto-fibra-ottica NDI/TDI interferometro31e collocare il gruppo focheggiatore del supporto di destinazione puntando verso la superficie posteriore dell'obiettivo.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Accendere il laser, in questo caso una fibra Erbio 2W accoppiata laser, a 0.2-0.4 W di potenza. Successivamente, regolare la posizione della sonda focheggiatore utilizzando le viti fissate sull'assembly focheggiatore finché non corretto accoppiamento luce è raggiunto e il segnale acquisito è ottimizzato.</li>
	<li>Regolare l'accoppiatore di rapporto variabile per abbinare l'intensità di riferimento e Doppler-spostato luce fino a quando il segnale mostrato nell'oscilloscopio è ottimizzato. Nota: Se movimento trasversale diagnostica è necessari, fare riferimento ai passaggi 4.5-4.6.</li>
	<li>Mettere due ancoraggi filettati nei fori sul retro del titolare del focheggiatore POM e quindi serrare le due viti attraverso le ancore fino a sfiorare il POM.<ol>
<li>Praticare un foro passante-spessore sulla parte inferiore del titolare sonda del focheggiatore e fissarlo su un magnete cilindrico filettato.</li>
		<li>Tirare una sonda di collimatore di fibra ottica attraverso un tubo di alluminio e colla la sonda per il tubo di alluminio mediante l'applicazione di resina epossidica extra fast-set intorno la testa della sonda e la punta del tubo in alluminio. Spingere la testa della sonda come attaccante nel tubo come possibile, ma assicuratevi di lasciare la lente della sonda dalla resina epossidica. Attendere che la resina epossidica extra fast-set è indurita.</li>
		<li>Ripetere i passaggi precedenti in 4.4 a fare due assemblee e metterli nella camera di impatto.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Regolare le posizioni e gli angoli dei collimatori di fibra ottica ricevente con il magnete e le due viti sul supporto POM fino a quando l'intensità del primo-ordine diffratte travi misurate con i monitor di potere è ottimizzato.</li>
	<li>Scollegare l'alimentazione del monitor e collegare i due collimatori riceventi al TDI tutti-fibra-ottica interferometro31.</li>
</ol>5. esecuzione degli esperimenti di impatto di alta temperatura geometria inversa piastra normale/pressione-Shear
<ol><li>Fissare la flangia primaria stringendo i quattro morsetti su all'ingresso della camera di impatto e quindi chiudere la camera utilizzando una pellicola di poliestere serrata ad una flangia secondaria.</li>
	<li>Aumentare la pressione della guarnizione a ~ 207 kPa e quindi chiudere la pistola a gas alla culatta-fine serrando le viti della flangia.</li>
	<li>Accendere la pompa del vuoto-culatta e poi accendere la pompa del vuoto camera-end destinazione.</li>
	<li>Assicurarsi che non ci sia nessun movimento del sabot verso la camera causato dalla differenza di pressione tra la parte anteriore e parte posteriore del sabot. Attendere fino a quando la camera viene evacuata ad una pressione inferiore a 100 mTorr.</li>
	<li>Accendere il sistema di misurazione basati su laser-ampiezza sabot velocità di impatto.</li>
	<li>Spostare l'apparecchio verso il basso per la posizione segnata e accendere la stufa. Aumentare la temperatura del riscaldatore con incrementi di 100 ° C fino a quando viene raggiunta la temperatura desiderata del campione.</li>
	<li>Pressurizzare l'infornamento dump camera a ~ 1103 kPa e la camera di carico ad un livello desiderato a seconda della scelta velocità di impatto. Inoltre, proteggere il catcher sabot per l'alloggiamento di effetto.</li>
	<li>Spegnere il riscaldatore e spostare immediatamente il riscaldatore verso l'alto verso il riscaldatore-pozzo. Registrare la temperatura visualizzata sulla temperatura del monitor di diagnostica misurata dalla termocoppia sabot presso la superficie del campione.</li>
	<li>Immediatamente aprire la valvola di tenuta e rilascio il dump di infornamento da camera una volta che la pressione della guarnizione scende a zero.</li>
</ol>

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<li>Duffy, T. S., Ahrens, T. J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/94JB02065/abstract">Compressional sound velocity, equation of state, and constitutive response of shock-compressed magnesium oxide.</a> Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 100, 529-542 (1995).</li>
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</ol>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Il metodo e il protocollo indicato sopra dettagliata la procedura per eseguire correttamente un esperimento di impatto piastra normale geometria inversa alle temperature elevate. In questo approccio, abbiamo apportare modifiche personalizzate la canna della pistola alla fine ad alta pressione (culatta) della pistola a gas esistente presso la Case Western Reserve University, per ospitare una bobina di riscaldamento resistivo con assiale e rotazionale gradi di libertà. Il sistema di bobina del riscaldatore resistivo permet...

Nelle applicazioni di ingegneria, i materiali sono sottoposti a una vasta gamma di condizioni, che possono essere statici o dinamici in natura, accoppiato con elevati livelli di deformazione e temperature che variano da camera a vicino al punto di fusione. Sotto questi estremi Termomeccanica il comportamento del materiale può variare drasticamente; così, nel corso di quasi un secolo, diversi esperimenti sono stati sviluppati mirato verso sondando la risposta dinamica e/o altre caratteristiche del comportamento del materiale mentre sotto controllato caricamento regimi1,2,3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14. per metalli caricati a basse velocità di deformazione intermedio (10-6-10 0/s), vite servo-idraulica o di precisione, macchine di prova universali sono stati usati per studiare la risposta del materiale sottoposto a varie modalità di caricamento e livelli di deformazione. Ma come sforzo applicato tariffe aumentano oltre la velocità di deformazione intermedia (cioè., > 102/s), altre tecniche sperimentali diventano necessarie al fine di sondare la risposta meccanica. Ad esempio, alle tariffe di 103/s di carico a 5 × 104/s full-size o miniaturizzato enable bar pressione di Spalato-Hopkinson tali misure per essere fatto8,15.
Tradizionalmente, luce gas-pistole e/o esplosivo guidato piastra impatto esperimenti sono stati utilizzati per studiare la rigidità dinamica e altri fenomeni come spallazione, o fase di trasformazione che si verifica con molto alta velocità di deformazione (105-10 7/s)16,17,18,19,20,21,22, o combinazioni di pressioni elevate e caricamento dinamico. Abitualmente, piastra impatto esperimenti riguardano il lancio di una piastra di flyer trasportato da un sabot inizialmente alla culatta-fine della gas-pistola, che poi viaggia lungo la lunghezza della canna del fucile e fatta entrare in collisione con una piastra bersaglio fermo accuratamente allineate alla alloggiamento di effetto. A causa dell'impatto, normale e/o combinato di pressione e sollecitazioni di taglio vengono generati dall'interfaccia flyer/destinazione, che viaggiare attraverso le dimensioni spaziali delle piastre come onde di sforzo longitudinale e trasversale longitudinale e/o combinato. L'arrivo di queste onde sulla superficie posteriore della piastra bersaglio influenzano la velocità istantanea di particella superficie libera della piastra bersaglio, che viene monitorata in genere tramite tecniche interferometriche. Al fine di consentire l'interpretazione della velocità delle particelle misurate contro storia del tempo, è necessario che le onde piane con un frontale parallelo alla superficie di impatto generato all'impatto14,23. Per assicurare l'impatto ex, deve avvenire con un angolo di inclinazione di impatto sull'ordine di meno di un milli-radian12,24, con superfici di impatto di planarità meglio di un paio di micrometri5,25.
Gli esperimenti di impatto di piastra sono stati adattati per includere elementi che consentono indagini di comportamento materiale per estendere in Termomeccanica estremi26,27,28,29riscaldanti. Questi adattamenti di solito comportano l'aggiunta di una bobina di induzione, o di un elemento riscaldatore resistivo per la destinazione-fine del gas-cannone; anche se questi adattamenti sono stati indicati per essere sperimentalmente fattibile, l'approccio intrinsecamente porta a speciali sfide sperimentali che richiedono attente considerazioni. Alcune di queste complicazioni sperimentali includono dilatazioni termiche differenziali dei vari costituenti della Assemblea del supporto di destinazione e/o apparecchio di allineamento durante il riscaldamento la piastra target (campione), che richiede regolazioni di allineamento in tempo reale, solitamente eseguite con strumenti di allineamento comandati a distanza con un feedback continuo per mantenere la tolleranza di parallelismo cruciale tra il campione e piastra bersaglio. Nel caso di regime sperimentale dell'impatto di piastra pressione-shear, riscaldamento del campione richiede grigliati polimero convenzionale sostituito dal grigliati metallici ad alta temperatura resistente al fine di monitorare la velocità trasversale delle particelle sulla superficie libera della piastra segnale. Inoltre, riscaldamento del campione può aggiungere limitazioni alla velocità di impatto che possono essere impiegati in taluni regimi sperimentale, come nel ceppo alto tasso combinato configurazione di impatto piastra di pressione e accoppiamento, dove le considerazioni speciali possono essere richiesti per evitare un'interpretazione inequivocabile dei risultati sperimentali, che sono calcolati utilizzando l'impedenza acustica della parte anteriore e posteriore destinazione piastre che può essere dipendente dalla temperatura. Infine, altre azioni sperimentali, che richiedono un target piatto con finestra ottica, tolleranze tra il campione, bond strato, e/o rivestimenti diventati sempre più difficili da mantenere alle alte temperature19.
Per alleviare le sfide sperimentali citate sopra, abbiamo fatto adattamenti personalizzati alla esistente monostadio gas-pistola situato a Case Western Reserve University (CWRU)7,30,31,32 . Queste modifiche permettono campioni di metallo sottili tenuti presso il front-end di un sabot resistente al calore per essere riscaldato a temperature superiori ai 1000 ° C, prima della cottura, che consentono ad alta temperatura normale e/o combinata pressione-shear esperimenti di impatto piastra per essere condotto. In contrasto con la maggior parte degli approcci convenzionali impiegate per studi di impatto piastra di temperatura elevata, questo metodo ha dimostrato di alleviare molte delle sfide sperimentale descritte in precedenza. Ad esempio, questo approccio è stato utilizzato per realizzare concretamente gli angoli di inclinazione di meno di un milli-radian senza la necessità di distanza inclinazione regolazione30, o elementi ottici supplementari per monitorare i cambiamenti di inclinazione durante l'esperimento. In secondo luogo, poiché il target piatto rimane a temperatura ambiente, questo metodo non richiede la necessità di speciali ad alta temperatura resistente reticoli olografici per la misurazione della velocità trasversale delle particelle in esperimenti di impatto obliquo; Inoltre, maggiore velocità di impatto può essere utilizzata senza il rischio di cedere il bersaglio del piatto e quindi, ridurre la complessità nell'interpretazione dei risultati sperimentali. Per aggiungere, questo approccio può essere utilizzato per eseguire esperimenti di impatto inverso-geometria normale piastra ad alta temperatura che forniscono rapporti noi-Up per un materiale campione di scelta. Questi possono essere ottenuti tramite tecniche di adattamento di impedenza, o in aggiunta, un'analisi del ventilatore rarefazione dalla parte posteriore del campione che trasportano informazioni riguardanti cambiamenti nella velocità di scossa del campione durante lo scarico33,34 . Nella configurazione dell'impatto temperatura elevata combinata pressione-taglio piatto, questo approccio consente la rigidità dinamica di film sottili per essere studiati fino ad una temperatura vasta fascia di deformazione plastica e strain-rate fino a 107/s a seconda lo spessore del campione sottile16,27,29.
Vi presentiamo i protocolli necessari per l'esecuzione di un esperimento di impatto di temperatura elevata tipica piastra discusso sopra. Seguirà una sezione dedicata al rappresentante risultati ottenuti con la tecnica attuale. Infine, una discussione dei risultati sarà presentata prima una conclusione.

<table><tbody><tr><td>Alluminio policristallino di purezza commerciale al 99,999%</td><td>Goodfellow</td><td>AL007970</td><td>Materiale per la piastra del volantino (campione)</td></tr> <tr><td>Acciaio per utensili H13</td><td>Centro di fabbricazione di CWRU</td><td>N/A</td><td>Materiale per il supporto del campione</td></tr><tr><td>Soluzione di trattamento e invecchiamento Lega Inconel 718</td><td>Metalli ad alta temperatura</td><td>N/A</td> <td>(1,005/1,015)" Dia x 24", Materiale per piastra bersaglio</td></tr><tr><td>Photoresist S1805</td><td>MicroChem</td><td>N/A</td><td>Materiale del fotoresist per reticolo olografico</td></tr><tr><td>Sviluppatore CD-26</td><td>MicroChem</td><td>N/A</td><td>Sviluppatore per il fotoresist per reticolo olografico</td></tr><tr><td>Tubo in alluminio 6063</td><td>McMaster-Carr</td><td>4568T19</td><td>Materiale per l'anello nel gruppo bersaglio</td></tr><tr><td>Asta in resina acetalica Delrin nero (R) (4-1/2" Dia.)</td><td>McMaster-Carr</td><td>8576K81</td><td>Materiale per il supporto Delrin nel gruppo bersaglio</td></tr><tr><td>Asta in resina acetalica Delrin bianca (R) (1/4" Dia.)</td><td>McMaster-Carr</td><td>8572K51</td><td>Materiale per i perni Delrin nel montaggio del bersaglio</td></tr><tr><td>Tubo in alluminio 6061</td><td>McMaster-Carr</td><td>9056K24</td><td>Materiale per il corpo nel montaggio del proiettile</td></tr><tr><td>Asta in alluminio 6061</td><td>McMaster-Carr</td><td>8974K88</td><td>Materiale per il tappo nel montaggio del proiettile</td></tr><tr><td>Foglio di teflon</td><td>McMaster-Carr</td><td>8711K98</td><td>Materiale per la chiave</td></tr><tr><td>LAVA-FF - Allumina Disco in silicato</td><td>Prodotti tecnici</td><td>CWR-033116-1</td><td></td></tr><tr><td>LAVA-FF - Tubo in silicato di allumina</td><td>Prodotti tecnici</td><td>ALR11515</td><td></td></tr><tr><td>Pannello in allumina Bullone a testa scanalata</td><td>Ceramco</td><td>A83200PANSLT0.500</td><td></td></tr><tr><td>409 N70 Buna-N O-ring</td><td>L'O-ring Store</td><td>B70409</td><td></td></tr><tr><td>Loctite Hysol 9412 adesivo</td><td>Loctite</td><td>83107</td><td></td></tr><tr><td>High Cementi di temperatura</td><td>OMEGA Engineering</td><td>OB-300</td><td></td></tr><tr>Foglio di Mylar <td>Ellsworth</td><td>4001</td><td></td><td>epossidico a presa rapida</td></tr><tr><td></td><td>McMaster-Carr</td><td>8567K94</td><td></td></tr></tbody></table>

lo svolgimento di elevata temperatura normale e combinato di pressione-taglio piatto impatto esperimenti tramite un sistema di riscaldamento-culatta sabot

Conducting Elevated Temperature Normal and Combined Pressure-Shear Plate Impact Experiments Via a Breech-end Sabot Heater System

È presentato un nuovo approccio per lo svolgimento di esperimenti di impatto piastra normale e/o combinata pressione-shear test temperature fino a 1000 ° C. Il metodo consente esperimenti di elevata temperatura piastra-impatto rivolto verso sondando il comportamento dinamico di materiali termo meccaniche estreme, mentre attenuanti diversi speciali sperimentale sfide affrontate durante l'esecuzione di esperimenti simili utilizzando l'approccio di impatto piastre convenzionali. Adattamenti personalizzati sono fatti per la culatta di una pistola a gas monostadio presso Case Western Reserve University; questi adattamenti includono un pezzo di estensione lavorati di precisione in acciaio SAE 4340, strategicamente progettato per accoppiare la canna del fucile esistente fornendo al contempo un'elevata tolleranza corrisponde per il foro e cava. Il pezzo di estensione contiene un riscaldatore cilindrico verticale-pozzo, che ospita un gruppo di riscaldatore. Una testa per riscaldatore resistivo della bobina, in grado di raggiungere temperature di 1200 ° c, è collegato ad uno stelo verticale con assiale/rotazione gradi di libertà; in questo modo gli esemplari in metallo sottili tenuti presso il front-end di un sabot resistente al calore da riscaldare uniformemente attraverso il diametro per le temperature di prova desiderata. Riscaldando la targhetta del volatile (in questo caso, nell'esempio) della culatta della canna del fucile-anziché alla destinazione-fine, diverse sfide critiche sperimentali possono essere evitate. Questi includono: 1) cambiamenti severi nell'allineamento della piastra bersaglio durante il riscaldamento dovuto all'espansione termica dei diversi costituenti del gruppo di supporto di destinazione; 2) le sfide che sorgono a causa degli elementi di diagnostica, (cioè., reticoli olografici di polimero e le sonde ottiche) essendo troppo vicino all'assembly di destinazione riscaldata; 3) le sfide che si presentano per target piatti con finestra ottica, dove le tolleranze cruciale tra il campione, legame strato e la finestra diventa sempre più difficile mantenere temperature elevate; 4) nel caso di combinato compressione-taglio piatto impatto esperimenti, la necessità di reticoli di diffrazione resistente a temperatura elevata per la misurazione della velocità trasversale delle particelle sulla superficie libera del target; e 5) limitazioni imposte dalla velocità di impatto necessarie per un'interpretazione inequivocabile della velocità superficie libera misurata rispetto al profilo orario dovuto thermal rammollimento e possibilmente producendo delle piastre destinazione delimitazione. Utilizzando gli adattamenti di cui sopra, vi presentiamo risultati da una serie di esperimenti di impatto piastra normale geometria inversa su alluminio di purezza commerciale a una gamma di temperature di campione. Questi esperimenti mostrano diminuendo la velocità delle particelle nello stato incastrato, che sono indicative di materiale rammollimento (diminuzione dello stress post-rendimento flusso) con l'aumento della temperatura del campione.

Un 82,5 mm Canneggio, 6 metri di lunghezza, pistola a gas monostadio a CWRU capace di accelerare 0,8 kg proiettili a velocità fino a 700 m/s è stato usato nella conduzione di esperimenti attuali. La figura 5 Mostra una fotografia della struttura modificate-pistola a gas a CWRU. Prima della cottura, il sabot personalizzato progettato è ospitato all'interno del pezzo di estensione riscaldatore, illustrato nella Figura 6. Il pezzo d...

Qui, presentiamo un protocollo dettagliato di un nuovo approccio per lo svolgimento di elevata temperatura piastra normale inversa impatto e piastra di pressione e taglio combinato. L'approccio prevede l'utilizzo di un riscaldatore di bobina resistivi-culatta per riscaldare un campione tenuto presso il front-end di un sabot resistente al calore alla temperatura desiderata.

Lo svolgimento di elevata temperatura normale e combinato di pressione-taglio piatto impatto esperimenti tramite un sistema di riscaldamento-culatta Sabot

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The ...

Una domanda di grande interesse è: in che modo la resistenza al taglio dinamico dei metalli risponde alle variazioni di pressione e velocità di deformazione applicate? Questa importante domanda nel campo della caratterizzazione dinamica dei materiali, e altre, potrebbe essere affrontata da questa tecnica che mitiga anche diverse fonti di variazione sperimentale presenti nell'approccio convenzionale. Sebbene questo metodo sia stato progettato principalmente per indagini sulla resistenza alla compressione e/o al taglio ad alta temperatura dei materiali, può essere applicato anche per studi come lo scorrimento dinamico e la scheggiatura.La pistola a gas della Case Western Reserve University è monostadio, con una lunghezza di sei metri e un alesaggio di 82,5 millimetri. Una sezione ospita una modifica personalizzata alla pistola per questo esperimento. Le modifiche sono rappresentate su questo schema.Un sistema di riscaldamento si accoppia con la canna del cannone esistente in modo che il campione tenuto nella parte anteriore del sabot resistente al calore personalizzato possa essere riscaldato alle temperature desiderate superiori a 1000 gradi Celsius. Ulteriori modifiche sono presenti all'estremità della camera target. Lì, una sonda velocimetrica doppler fotonica misura con precisione la velocità della superficie posteriore della piastra bersaglio.I segnali diagnostici di attivazione e inclinazione provengono dai pin polarizzati in tensione sulla superficie anteriore della piastra di destinazione. Il primo passaggio consiste nel creare il campione e la destinazione per l'esperimento. Creare i campioni utilizzando alluminio policristallino ad alta purezza.I fori equidistanti servono per fissare il campione. Ora controlla la planarità della superficie. Posizionare il campione a contatto con un piano ottico, quindi posizionare i due sotto una sorgente di luce monocromatica verde.Osservare le bande luminose curve e distanziate a seconda delle caratteristiche della superficie. La superficie è sufficientemente piana se sono visibili tre o meno bande luminose sul diametro del campione. L'esperimento richiede anche una piastra di bersaglio e un anello di alluminio.Realizzare le piastre bersaglio con un'asta in lega indurita per precipitazione. Sezionare l'anello da un tubo di alluminio e praticare sei fessure equidistanti prima di lucidarlo. Metti insieme la piastra di destinazione e l'anello di alluminio per produrre un assemblaggio simile a questo.Quindi montare il gruppo sull'anello portabersaglio. Al termine, l'assemblaggio includerà pin in rame per il collegamento al circuito diagnostico del grilletto e dell'inclinazione. Montare l'anello sul supporto del bersaglio.Raccogli i componenti del sabot resistente al calore. Questi includono il supporto del campione, il campione e le viti di allumina. Include anche il tubo in roccia lavica di silicato di allumina e il tubo del corpo in alluminio con il suo tappo.Ora lavorate con il tappo. Il tappo ha un golfare. Le sue scanalature hanno un O-ring di tenuta e una chiave in PTFE.Far passare un filo della termocoppia attraverso il fondo. Utilizzare resina epossidica per far aderire il tappo al retro del tubo di alluminio. Nella parte anteriore del tubo di alluminio epossidico il tubo di roccia lavica.Tirare il filo della termocoppia dal tappo attraverso i tubi fino al portacampioni e far aderire il portacampione al tubo di lava. Dopo che il cemento si è asciugato, fissare il campione al portacampione con le viti di allumina. Prima di procedere, assicurarsi che la planarità della superficie anteriore del campione non sia cambiata.Ora inizia a lavorare con la pistola a gas nella camera d'impatto. Monta uno stadio di movimento a tre assi su un'asta sopra la canna del fucile. Fissare al tavolino un supporto per prisma con un prisma di allineamento ottico di precisione.Quindi fissare con nastro adesivo un primo specchio di superficie sulla piastra del campione. Quindi posizionare il sabot e la canna del fucile con il campione rivolto verso l'esterno. Nella camera del bersaglio, posizionare un primo specchio di superficie sul bersaglio e posizionare il gruppo del supporto del bersaglio.Ruotare con cautela il prisma in modo che si trovi tra il bersaglio e le piastre campione e i loro specchi. Utilizzare una lampadina diffusa per eseguire un allineamento approssimativo delle piastre. Regola il tavolino per ottenere un'unica immagine riflessa continua della lampadina da tutte le superfici del prisma.Continua a ottenere un allineamento preciso con l'aiuto di un collimatore automatico. Serrare tutte le viti di posizionamento sul supporto del bersaglio e rimuovere il tavolino di movimento, il prisma e gli specchi. Spostare il sabot all'estremità della culatta della pistola a gas e collegare la termocoppia al monitor della temperatura.A questo punto impostate il velocimetro doppler. Ciò richiede una sonda del focheggiatore in fibra ottica epossidica in un tubo di alluminio. Collegare il focheggiatore ottico a un interferometro NDI TDI interamente in fibra ottica.Ora porta il gruppo focheggiatore al supporto del bersaglio. Questo è al di fuori della camera di destinazione per la dimostrazione. Utilizzare la quantità allegata nella parte posteriore per sostenere il focheggiatore.Puntare il focheggiatore verso la superficie posteriore del bersaglio. Accendere il laser e regolare la posizione della sonda del focheggiatore utilizzando le viti sul gruppo focheggiatore. Fermarsi dopo aver ottenuto un corretto accoppiamento della luce e l'ottimizzazione del segnale.Regolare l'accoppiatore a rapporto variabile in modo che corrisponda all'intensità della luce di riferimento e spostata Doppler per ottimizzare il segnale. Dopo che tutti i preparativi sono stati completati, sigillare la camera del bersaglio della culatta ed evacuare la canna del cannone a meno di 100 millitorr. Spostare il riscaldatore in posizione e accenderlo.Aumentare la sua temperatura con incrementi di 100 gradi Celsius per raggiungere la temperatura del campione desiderata. Pressurizzare le camere di scarico e di carico di combustione. Assicurati anche di fissare il sabot catcher alla camera d'impatto.Con tutto a posto, spegnere il riscaldatore e spostarlo immediatamente verso l'alto verso il pozzetto del riscaldatore. Registrare la temperatura della termocoppia sulla superficie del campione. Da qui proseguire con la normale sequenza di cottura.Questo è un esempio di tensione registrata in funzione del tempo durante un tipico esperimento di impatto su piastra normale a geometria invertita. La traccia rossa è il segnale di trigger dai pin basati sulla tensione. La differenza tra i tempi di attivazione del primo e dell'ultimo perno consente una stima dell'inclinazione massima all'impatto.Un'onda longitudinale arriva sulla superficie posteriore. Il segnale nero è il risultato della normale diagnostica del movimento della superficie libera utilizzando il velocimetro doppler a fotoni. Questo grafico rappresenta la velocità superficiale normale libera per un intervallo di temperature.I simboli dei dati vanno dal nero al rosso, rappresentando le temperature iniziali del campione più fredde e più calde. Il forte aumento iniziale è correlato allo stress del campione di alluminio alla sua interfaccia con il bersaglio mentre l'urto si evolve. Il plateau risulta dalla corrispondenza di impedenza tra il campione e il target.Si noti che la velocità della superficie libera più alta è associata alla temperatura più bassa e le velocità diminuiscono con l'aumentare della temperatura. Ciò suggerisce un possibile rammollimento termico del campione nelle diverse condizioni di prova. Un risultato più interessante può essere visto nella figura 16 che mostra la normale traccia di velocità delle particelle sulla superficie libera ottenuta da esperimenti di impatto su piastre normali a geometria inversa eseguiti su magnesio policristallino di purezza commerciale.I risultati mostrano una diminuzione monotona della velocità delle particelle al plateau d'urto con temperature crescenti nell'intervallo da 23 a 610 gradi Celsius. Tuttavia, a temperature superiori a questo livello, cioè 617 e 630 gradi Celsius, si può osservare chiaramente un'inversione di tendenza. Questo aumento della velocità delle particelle suggerisce un aumento dell'impedenza d'urto del materiale campione.Inoltre, supponendo che le costanti elastiche del materiale diminuiscano in funzione dell'aumento della temperatura, allora un aumento dell'impedenza d'urto in questo caso suggerisce un aumento della resistenza allo snervamento e/o del modulo plastico del materiale campione. Si può notare che l'aumento della velocità delle particelle al plateau d'urto è accompagnato da un aumento dei livelli di velocità delle particelle durante l'aumento iniziale della traccia di velocità delle particelle, che è correlato ai livelli di stress dell'interfaccia target del campione durante l'incipiente plasticità del materiale campione. La Figura 17 mostra le micrografie delle sezioni trasversali della superficie d'impatto dei campioni post-test.Le immagini mostrano due effetti evidenti sulla microstruttura a causa dell'aumento della temperatura. Il primo è la maturazione del grano con l'aumento della temperatura del campione. Le immagini mostrano anche un cambiamento nelle formazioni a banda gemella.Osservando attentamente le immagini corrispondenti a temperature comprese tra 23 e 500 gradi Celsius, si osserva una chiara riduzione delle bande gemelle con l'aumentare della temperatura. Tuttavia, a temperature più elevate, cioè 610, 617 e 630 gradi Celsius, si osserva una riemersione di queste bande gemelle, il che suggerisce che la formazione di bande gemelle è favorita all'ultima estremità di questo intervallo di temperatura. Se i materiali di prova sono già assemblati, una volta padroneggiati, questa tecnica può essere eseguita in circa cinque o sei ore.Durante il tentativo di eseguire questa procedura, è importante ricordare di prestare la dovuta attenzione nella preparazione dei materiali campione in modo che le tolleranze di planarità e parallelismo possano essere adeguatamente soddisfatte. Seguendo questa procedura, è possibile eseguire metodi simili, come l'impatto obliquo della piastra e l'impatto della piastra di taglio a pressione, che consentono di sondare il comportamento dinamico del materiale a varie velocità e modalità di carico. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come eseguire un esperimento di impatto su piastra a temperatura elevata, che ti consente di alleviare diverse sfide sperimentali presenti nell'approccio convenzionale.

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