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재료의 동적 실패는 전체 기계적인 행동의 중요한 측면이며, 몇 가지 이름 자동차, 우주 항공, 군사 등 다양한 산업 분야에 관련이있다. 저 변형 속도로 실패가 전형적 고 변형 속도에서 가늘고 긴 시료 단부에서 장력로드되는 통상의 인장 시험을 통해 조사되는 동안 이러한 구조 / 구성을 유지하기 위해 매우 적은 수의 샘플을 필요 테스트를 통해 의사 기계적 균형. 단일 균열의 외관에, 주변 재료를 효과적으로 인접 고장 부위의 발현을 정지, 완화 될 것이다. 이것은 동시에 어느 한 실험에서 관찰 될 수있는 골절의 수를 제한하고, 결정되는 장애 통계에 관한 중요한 정보를 방지한다.
팽창 실린더 테스트 방법을 특성화하기위한 잘 확립 된 기법이다 본초에LS 실패하고 고속 하중 하에서 조각. 시험에서 관심있는 물질로 이루어지는 균일 실린더 벽을 통해 응력 파를 발사하고, 실린더가 확장 일으키는 그 내주면을 따라 로딩된다. 곧이 반경 파가 발산과 원주 주위에 균일 한 인장 후프 응력이 지배하고있다. 스트레스와 변형 속도로 파괴와 분열 행동이 재료의 특성에 의해서만 결정된다 실린더 주위에 동일합니다. 이 검사는 일반적으로 큰 샘플 둘레가 균일 스트레스 1에서 여러 실패 사이트의 개시를 촉진으로 상기 문제를 완화.
이 실험 기술 개발의 주요 목표는 확장 실린더의 파괴와 분열 동작 온도의 역할에 대한 연구를 가능하게하는 것이 었습니다. 샘플의 온도 제어 방법은 동적 인장 강도 조사, 파괴기구, 및 fragm 대해 허용재료의이 정해져있는 동작은 영향을받습니다. 금속의 예를 들어, 온도의 증가는 궁극적으로 실패하기 전에 더 많은 플라스틱 작업을 수용, 연성 파괴에 부서지기 쉬운에서 변화를 일으킬 수 있습니다. 등의 Ti-6AL-4V와 같은 일부 물질은 단열 전단 현지화 (2)를 나타낼 수있다. 샘플이 변형되지만, 플라스틱 작업은 열을 발생시킨다. 이 온도 상승의 결과로서 연화의 속도는 변형 경화 작업의 속도보다 큰 경우, 소성 변형의 다량 매우 국부적 인 밴드 (단열 전단 밴드)에서 발생하는 경우, 불안정성 형성 할 수있다. 이 응답은 인해 가난한 열전도의 Ti-6AL-4V에서 승진하고, 잠재적으로 가벼운 갑옷과 같은 응용 프로그램의 효과를 제한 할 수 있습니다.
이 새로운 테스트 방법은 두 가지 기준을 만족해야합니다. 먼저, 상기 방법은 104 초 -1의 순서에 방사형 변형 속도를 생성해야 일반적 탄도 볼 및영향 이벤트는, 전통적인 로딩 방식을 사용하는 기존의 연구와 비교를 허용합니다. 둘째, 구동기구는 실험 사이의 일관성을 보장하기 위해 시료 온도에 의해 영향을받지 않을 필요가있다. 초기 실린더 확장 메커니즘 중 하나를 단순히 직접 샘플 실린더 3-5을 채우거나 중간 드라이버를 사용하여, 폭발물을 사용했다. 후자의 경우에 버퍼가 샘플을 차례로 폭발성 전하를 포함 강철 실린더 위에 배치되어 6이 사용된다. 명백한 한계는 샘플 실린더 (폭발성의 형태로) 구동 재료를 함유로 실린더를 가열하는 것도 전하을 가열한다는 것이다. 이 직접 전하의 개시를 일으킬 수는 없지만 폭발성 많은 종류의 샘플로부터 실린더 녹아 폴리머 바인더 물질을 함유한다. 냉각 할 때 마찬가지로, 일부 폭발물은 매우 민감한된다. 이 폭발 드라이브 온도 연구에 적합하지 않은 것을 의미한다. 대안방법은 확장 로렌츠 힘을 사용 - 샘플 구동 코일 (7), (8) 위에 위치하는 높은 전류는 시료 중의 대향 전류를 유도,이 구동 코일 (일반적으로 무거운 게이지 구리선)에 주입된다.. 이러한 대향 전류가 서로 작용 자기장, 자기 압력은 내면으로부터 바깥쪽으로 샘플 구동 연관. 또, 재료를 가열하여 샘플 내부에 악영향 구리 구동 코일에 영향을 미칠 것이다. 가스 총은 1970 년대 후반 이후 9 실린더 확장을 위해 사용되어왔다. 이들 실험에서 실린더 내의 삽입을 위해 사용되는 재료는 중합체 드라이브 모두 발사체의 결과로 나오는 변형 및 충격에 삽입된다. 이 인서트는 일반적으로 고무, 플라스틱 또는 10 심각한 온도에 의해 영향을받을 것이다의 강도와 연성이다. 난방은 삽입이 너무 부드러운 것, 및 냉각은 조기에 실패 그래서 부서지기 쉬운 방식으로 행동 할 것입니다.
여기서 설명하는 방법은 고온 (100 ~ 1000 K)의 넓은 범위에 걸쳐 반복 로딩 드라이브를 제공하는 제이다. 우리의 기술은 (우리의 경우 발사체)를 확장 구동에 사용 재료 탄착점까지 실린더로부터 분리되어 있다는 사실에 유일하다. 결과적으로, 샘플 실린더의 초기 온도의 영향을받지 않으며, 반복 하중을 제공한다.
실험 구조는 실린더의 길이를 따라 대략 중간 지점에있는 팁, 목표 실린더 내부에 장착 둥근 두부 강철로 구성되어있다. 하나의 무대 조명 가스 총은 1,000m / sec의 최대 속도로 실린더에 오목면과 폴리 카보네이트 발사체 발사하는 데 사용됩니다 -1. 타겟의 축은 실린더주의 깊게 반복 균일 하중을 용이하게하기 위해 가스 총신의 축에 정렬된다. 포의 영향과 이후의 흐름의사 - 강성 강철 둥근 두부 주위 lycarbonate 발사체는 내부 벽에 팽창 실린더를 구동시킨다. 둥근 두부 삽입과 발사체의 오목면의 형상은 신중 실린더 원하는 팽창을 생성하는 하이드로 코드 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 최적화되었다. 그 힘은 구동기구의 일관성 유지 보장 관심 온도 범위에서 폴리 카보네이트 발사체보다 훨씬 높을수록 둥근 두부에 대한 4340 합금강을 사용하여 실린더 온도와 실험을 가능하게한다. 가열 및 냉각 실험으로부터 회수 Ogives에만 영향의 결과로서 최소 변형을 나타낸다.
샘플 실린더의 가열 및 냉각은 둥근 두부 인서트의 배면에 가공 된 홈에 온도 제어 하드웨어를 설치함으로써 달성된다. 저온 (100 ~ K)에 샘플을 냉각 들어 둥근 두부의 오목 알루미늄 캡으로 밀봉하고, 액체 질소는 F이다공동 통해 lowed. 목표 실린더 같이 샘플을 통해 전도 냉각 둥근 두부와 넓은 접촉 면적을 가지고있다. 1000 K의 온도에 접근하는 목표 실린더를 가열하기 위해, 세라믹 및 니크롬 저항 히터는 둥근 두부 오목 부에 배치된다. 고전류 전원은 둥근 두부와 실린더를 가열, 1 kW의 최대 제공한다. 실린더와 둥근 두부 열적 타겟으로부터 절연되어 MACOR은 세라믹 스페이서를 사용하여 단일 스테이지 가스 총 탑재. 탱크는 또한 열 조작 에이즈 실험 기간 동안 적당한 진공 (<0.5 토르)에서 개최됩니다.
실린더의 분열 과정을 진단하기 위해, 실험 설계는 실린더 따라 지점에서 팽창 속도를 측정하기 위해, 주파수 변환 PDV의 다중 채널을 포함한다. PDV는 매우 동적 이벤트 동안 표면 속도의 측정을 가능하게하는 비교적 새로운 11, 광섬유 간섭계 기반 기법. PDV 측정 중에 도플러 광이 움직이는 표면의 속도에 직접적으로 비례 비트 주파수를 생성 않은 시프트 광과 결합되어 광섬유 프로브를 사용하여 관심의 이동 표면으로부터 반사 시프트. 기본적으로, 시스템은 PDV GHz의 범위에서 기록 비트 주파수에 근적외선 (1550 ㎚) 통신 기술의 진보를 이용하여 빠른 켈슨 간섭계이다. 현재 연구에서 사용 100mm 초점 거리 PDV 프로브 용 장착 시스템은 실린더의 온도에서 분리 손쉽게 정렬을 제공되는 것을 보장한다. 초점 거리 100mm의 프로브를 사용하는 추가의 이점은 전체 실린더의 확장 프로파일을 측정하기위한 고속 촬영을 할 수 있도록 충분히 광학적 액세스를 제공한다는 것이다. . 실린더를 따라 네 개의 프로브, AD의 배열 및 위치는,도 1에 도시 된 두 개의 고속 카메라는 여기에 사용된다; 고속 비디오 카메라 팬텀 V16.10 24 이미지를 캡처, 25 FPS와 IVV UHSi 12/24 프레임 카메라에서 작동. IVV 카메라 실린더 정확하게 추적 할 실린더의 반경 방향 팽창을 가능 가장자리 실루엣 점등되도록 백라이트. 팬텀 카메라가 고장 시작과 분열 과정을 영상화 조명 앞입니다. 고속 그래피는 전체 샘플을 따라 변형하고 변형 속도를 수득 속도계와 상관 될 수있다. 고속 이미징은 또한 실패 균주의 정확한 측정 및 표면을 따라 균열 패턴을 허용한다.
다음 프로토콜 부분에 제시된 실험 기법은 다른 파괴 메카니즘을 활성화하거나 억제 할 수 있음을 통해 팽창 실린더 실험에서 샘플 온도를 제어하는 수단을 제공한다. 이 기술은 동적 로딩 시나리오에서 온도의 역할에 대한보다 포괄적 인 이해로 이어질 것입니다.