Name: 동적 파괴와 분열의 온도 의존성을 공부하는 방법 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 12 s
Description: 학습하세요 가스건 확장 실린더를 이용한 동적 파괴와 분열의 온도 의존성 연구 방법. 레이저 진단과 고속 촬영으로 재료의 파괴 거동을 정밀 분석합니다.

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저자는 원자력 무기 연구소, AWE Plc. (영국) 및 임페리얼 칼리지 런던의 프로젝트에 대한 지속적인 자금 지원과 지원에 감사드립니다.

1. 대상 제조 및 조립 <ol><li> 고체 재고 원하는 치수 기계 대상 실린더. </li><li> 가공 자국을 제거함으로써 실린더 표면을 준비한다. 균일 확산 표면은 PDV 반사하는 것이 바람직하다. 좋은 결과&gt; 1,200 모래와 빛 젖은 샌딩으로 얻어졌다. </li><li> 다음 측정 즉, 대상 성분을 특성화 : 실린더 길이, 직경 (여러 위치에서) 두께 발사체 길이, 직경 둥근 두부 길이, 직경 모든 위의 질량 </li><li> 실린더 장착 링과 PDV 암을 조립합니다. </li><li> 운동 학적 마운트 및 PDV 팔 위에 PDV 프로브를 탑재합니다. </li><li> 둥근 두부의 후방 실린더의 후면과 동일 평면이되도록 목표 실린더 둥근 두부를 넣고 (이것은 워크샵 평면에서 수행되어야한다). &#39;껍질 아에 실린더를 허용하면서 세 M3 나사는 장소에 둥근 두부를 유지하도록 설계확장시 &#39;님. </li><li> 실린더의 입구가 장착 링의 주요면과 수평이되도록 장착 하드웨어에서 대상 실린더를 놓습니다. 6 M4 땅벌레 나사와 장소에 실린더를 고정합니다. </li><li> 실린더 외벽의 길이를 따라 가열 / 냉각 장치 및 채권 열전대를 설치합니다. </li><li> 섬유 청소 천으로 PDV 프로브 섬유의 끝에 FC / APC (페룰 커넥터, 각도 신체 접촉) 커넥터를 청소 및 파이버 스코프에 문의하십시오. 이것은 다시 반사를 감소하는 것이 중요합니다. </li><li> 이들이 실린더에 수직이되도록 대략 프로브 정렬 표시 (660 ㎚) 클래스 3R 레이저를 사용하여 (즉, 반사 된 광은 다시 탐침 빠진다). </li><li> 순환기를 사용하여 기본 반사율 회로를 조립한다. 입력 1 클래스 1 1,550 nm의 레이저를 연결, 입력 2 PDV 프로브 입력 3. 파워 미터는 정렬 PDV 프로브는 다시 돌려 전력이 극대화 될 수 있도록. </li></ol><ol><li> 배럴 플러그와 깊이 마이크로 미터를 사용하여 충격을 최소화하는 기울기 배럴의 단부에 대상 링 정렬. </li><li> 조각 완화 시스템과 도어 보호를 설치합니다. </li><li> 배럴의 대상 정렬 플러그를 놓습니다. </li><li> 대상 어셈블리를 설치하고 플러그에 맞 춥니 다. </li><li> 배럴의 끝에있는 트리거 메이크업 쌍을 설치하고 타이밍 하드웨어 및 진단에 연결합니다. 둥근 두부에 발사체의 충격 트리거와의 접촉으로부터의 거리를 측정한다. </li><li> 고속 사진의 회전 거울을 설치합니다. </li><li> 대상 탱크 포트를 통해 실린더의 직교 뷰를 제공 제자리에 고정하기 위해 거울을 맞 춥니 다. </li><li> 대상 탱크 외부 속도 카메라와 플래시 램프 높은 맞 춥니 다. 배럴 아래를 내려다 보면서, 실린더에 대해 3시에서 고속 카메라와 하나의 플래시 램프를 배치합니다. 9시에서 IVV 카메라를 놓고12시 방향에 다른 플래시 램프. 이 구성에서 고속 카메라는 프론트 라이트 크랙 추적되며 IVV 에지 검출 윤곽 화상을 제공한다. </li><li> 난방 / 대상으로 냉각 장비 및 진공 피드 스루를 연결합니다. </li><li> 주의 : 적절한 안경 및 기타주의 사항으로 클래스 IV 레이저, 오실로스코프 및 PDV 시스템의 전원을 켭니다. </li><li> 확인 된 전력 레벨은 PDV 프로브로 전송된다. PDV 시스템으로, 일반적으로 참조 채널 당 1 mW의 각 프로브에 약 5 mW의를 사용합니다. </li><li> 파워 미터와 PDV 프로브의 정렬을 확인합니다. PDV 프로브 실린더 표면에보고되는 위치 정렬 사용 IR 카드 일단 만족 측정한다. </li><li> 기준 레이저의 전원을 켜고 각 프로브에 의해 주어진 비트 신호의 품질을 확인합니다. 원하는 속도 0의 비트 주파수를 설정하는 레이저 (들)의 파장을 조절 (이 약 5 GHz의 설정). </li><li> 대상 알리에 일단 만족gnment, 트리거 위치, 카메라와 미러 배열, PDV 프로브 정렬 및 위치와 완화 프레임은 대상 탱크를 닫는다. </li><li> 정렬 플러그를 제거; 발사체를 설치합니다. </li><li> 설치 카메라 및 조명 (프레임 속도, 노출, 타이밍) 및 테스트 영상을 수행합니다. 일반적인 프레임 속도는 약 0.5 마이크로 초의 노출, 약 25 프레임 / 모두 카메라에 초입니다. 첫 번째 이미지는 일반적으로 충격 모멘트를 맞추어된다. </li></ol> 3. 발사 준비 <ol><li> 필요한 발사 압력에 적용 할 수있는 포미 다이아 프램을 설치합니다. </li><li> 포미를 닫고 대상 탱크의 대피를 시작합니다. 50 mTorr 이하의 영역에서의 진공 레벨 조준. </li><li> 마지막 모든 진단의 설치 (오실로스코프 지연, 트리거, 카메라 설정 등)을 수행합니다. 부문 당 50 마이크로 초에서 PDV에 대한 설정 오실로스코프는 25 포인트 당 PSEC 20 %의 사전 트리거는 500 마이크로 초 창을 제공합니다. O 트리거scilloscopes 및 카메라되도록 제로 시간은 충돌 시간과 일치한다. </li><li> 최종 트리거 테스트; 체크 타이밍이 정확합니다. </li><li> 레이저를 켜십시오; 팔 카메라. </li><li> 닫기 방; 보장 레이저 고압 연동은 정확한 위치에있다. </li><li> LabVIEW 소프트웨어를 사용하여 필요에 따라 냉 / 난방을 시작합니다. </li><li> 필요한 연소 압력에 총을 충전합니다. </li><li> 압력, 최종 점검을 수행 할 때 모든 진단 시스템은 무장있다. </li><li> 가열 또는 냉각 장치를 분리합니다. </li><li> 카운트 다운 &quot;3, 2, 1 화재.&quot; </li><li> 대상 및 캡처 탱크 벤트. </li><li> 모든 오실로스코프와 카메라 데이터를 저장합니다. </li></ol> 4. 포스트 샷 <ol><li> 레이저를 종료하고 완전히 분위기에 맞춰야하는 건 기다립니다. </li><li> 대상 탱크를 열고 모든 금속 조각을 수집하고 티-6AL-4V을 정렬 할 수 있습니다. </li></ol> 5. 데이터 분석 <ol><li> PDV OS에서 STFT 분석을 수행cilloscope 데이터는 아오와 고언 (12)의 분석에 따라 속도 기록을 줄일 수 있습니다. </li><li> 기기 테이블에서 설명한 바와 같은 소프트웨어 프로세스 고속 촬상 데이터. 고속 카메라 영상이 파단 시간과 변형을 제공하고, 크랙 형성 및 성장 분석을 가능하게 할 것이다. IVV로부터 십자형 이미지는 전체 실린더의 변형 프로파일을 조사 할 명확한 에지를 제공한다. </li><li> 측정 회수 파편의 무게. 이러한 체포 골절과 같은 흥미로운 기능을 가진 조각을 선택하고 현미경을 준비. <ol><li> 섹션 탑재 한 단편을 연마; 다음 전자 현미경으로 분석한다. 전자 후방 산란 회절 골절면에서 프로브 및 고장 모드를 식별하는 이차 전자 영상화 감촉과 함께 미세 대한 정보를 제공한다. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Jones, D. R., Chapman, D. J., Eakins, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+gas+gun+based+technique+for+studying+the+role+of+temperature+in+dynamic+fracture+and+fragmentation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">A gas gun based technique for studying the role of temperature in dynamic fracture and fragmentation.</a> J. Appl. Phys. 114, 173508(2013).</li>
<li>Liao, S. C., Duffy, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adiabatic+shear+bands+in+a+Ti-6Al-4V+titanium+alloy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mech.+Phys.+Solids%22%5BJournal%5D)">Adiabatic shear bands in a Ti-6Al-4V titanium alloy.</a> J. Mech. Phys. Solids. 46 (11), 2201-2231 (1998).</li>
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</ol>

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이 방법은이 디자인에 독특한, ~ 1,000 K에 극저온에서, 넓은 온도 범위에서 인장 하중의 높은 속도로 자료 조사를 할 수 있습니다. 그러나, 이것은 실험 구성 및 실행에 특정 문제를 추가한다. 우선, 둥근 두부 삽입 적절한 재료로 기계 가공 될 필요가 온도 제어를 최적화한다. 임의의 고온 경도 스틸 충분 하겠지만 4340 스틸은, 여기에 사용된다. 전체 확장 드라이브 이제 중합체 발사체로부터 유래 된 바와 같이 유사하게, 이는 본 작업에 기계 등급 폴리 카보네이트 이외의 취성 플라스틱으로 제작 될 필요가있다. 그것은, 삽입과 실린더 사이에 밀접한 기계적 규격을 가지고 좋은 열 접촉을 보장하는 것이 중요하다. 대상 실린더의 열팽창 계수에 가까운 삽입하지 않은 경우주의를 기울여야한다. 예를 들어, 실린더가 t (예컨대, 세라믹)을 저 열팽창으로 취성이면그는 삽입물의 확장은 손상 또는 실린더를 해독 할 수있다. 이 같이 가열 실린더에 열전대를 접합하는 데 사용되는 에폭시가 예...

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. <p c이전 실린더 팽창과는 달리 아가씨 = &quot;jove_content는&quot;&gt; 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 알루미​​늄 캡으로 밀​​봉하고, 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 (&lt;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.

<table><tbody><tr><td>1,550 nm CW 레이저</td><td>NKT Photonics</td><td>Koheras Adjustik</td><td>x 2</td></tr><tr><td>1,550 nm 전력 증폭기</td><td>NKT Photonics</td><td>Koheras Boostik HPA</td><td></td></tr><tr><td>지연 발생기</td><td>Quantum Composers</td><td>9500+ 디지털 지연 펄스 발생기</td><td>8 출력 버전</td></tr><tr><td>Stanford Research Systems</td><td>DG535 디지털 지연 발생기</td><td></td><td></td></tr><tr><td>16 채널 디지타이저</td><td>Agilent Technologies</td><td>U1056B 섀시 + 4 x U1063A 디지타이저</td><td></td></tr><tr><td>고대역폭 오실로스코프</td><td>Teledyne LeCroy</td><td>WaveMaster 816Zi-A</td><td>확장 속도, Gen 3 PDV</td></tr><tr><td>Tektronix</td><td>DPO71604C</td><td>발사체 속도, Gen 1 PDV</td><td></td></tr><tr><td>고속 이미징 시스템</td><td>비전 리서치</td><td>팬텀 v16.10</td><td></td></tr><tr><td>인비저블 비전</td><td>IVV UHSi-24</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zeiss Optics</td><td>Planar T* 1,4/85</td><td>85 mm 프라임 렌즈</td><td></td></tr><tr><td>Nikon</td><td>AF-S Nikkor 70-200 mm f/2.8 ED VR II</td><td>70-200 mm 망원 렌즈</td><td></td></tr><tr><td>플래시 램프</td><td>Bowens</td><td>Gemini Pro 1500 W</td><td>x 2</td></tr><tr><td>PDV 프로브</td><td>레이저 2000</td><td>LPF-04-1550-9/125-S-21.5-100-4.5AS-60-3A-3-3</td><td>x 4 (맞춤 주문)</td></tr><tr><td>PDV 시스템</td><td>Institute of Shock에서 자체 제작 Physics</td><td>Custom Build</td><td>3rd Generation (Upshifted) 8 채널 휴대용 PDV 시스템</td></tr><tr><td>제어 소프트웨어</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 2013</td><td></td></tr><tr><td>가열용 제어 하드웨어</td><td>National Instruments</td><td>NI-DAQ 6009 USB</td><td></td></tr><tr><td>히팅 전원 공급 장치</td><td>BK Precision</td><td>BK1900</td><td></td></tr><tr><td>열전대 로거</td><td>Pico Technology</td><td>TC-08</td><td></td></tr><tr><td>100mm 단일 스테이지 경량 가스 총</td><td>Physics Applications, Inc. (PAI)</td><td>~2kg 발사체로 최소 1,000m/sec가 가능한</td> <td>맞춤형 빌드</td></tr><tr><td>이미지 분석 소프트웨어</td><td>National Institutes of Health</td><td>ImageJ</td><td>오픈 소스, 무료</td></tr><tr><td>이미지 분석 소프트웨어</td><td>Mathworks</td><td>MATLAB r2014a</td><td>이미지 처리 도구 상자 재료</td></tr><tr><td>단면 톱</td> <td>포함Struers</td><td>Accutom-50</td><td></td></tr><tr><td>전자 현미경</td><td>Zeiss</td><td>Auriga</td><td></td></tr><tr><td>전자 후방 산란 회절</td><td>Bruker</td><td>e-Flash 1000</td><td></td></tr><tr><td>EBSD 소프트웨어</td><td>Bruker</td><td>eSprit</td><td></td></tr></tbody></table>

동적 파괴와 분열의 온도 의존성을 공부하는 방법

A Method for Studying the Temperature Dependence of Dynamic Fracture and Fragmentation

본체의 동적 파괴는 전형적 샘플 균일 응력과 변형률 속도에 따라 변형 된 간략화 된 조건 하에서 조사 말기 현상이다. 이것은 균일 실린더의 내면을 로딩하여 제조 할 수있다. 실린더가 팽창으로 인해 축 대칭으로, 벽은 원주 주위에 균일 인장 후프 스트레스에 배치됩니다. 폭발물, 전자기 구동 등이 확장을 생성하도록 다양한 기법, 기존 가스 총 기법들이 있지만 이들은 모든 샘플 실린더 실온에서해야한다는 사실에 한정된다. 우리는 일관되고 반복로드 150 K, K 800에서 실린더에 실험을 용이하게하는 가스 총을 사용하는 새로운 방법을 제시한다. 이러한 높은 진단 실험 파괴 실패에 대한 책임 메커니즘 단편화 통계에 미치는 영향에 대한 결과적인 온도의 영향을 조사하기 위해 사용된다. 실험 형상 채용강철 둥근 두부는 중간에 대해있는 팁, 목표 실린더 내부에 위치. 하나의 무대 조명 가스 총 다음 1,000m / sec의 실린더에 폴리 카보네이트 발사체 발사하는 데 사용됩니다 -1. 발사체 영향 및 내부에서 시료 실린더를 구동 강성 둥근 두부 주위를 흐른다. 비 변형 둥근 두부 인서트의 사용은 우리가 실린더의 후방 내부에 온도 제어 하드웨어를 설치할 수있다. 액체 질소 (LN 2) 냉각 및 가열 저항 높은 전류 부하에 사용됩니다. 고속 이미징이 실패 변형을 측정하는데 사용되는 반면 상향 변속 광자 도플러 속도계 (PDV)의 복수의 채널은, 컴퓨터 시뮬레이션에 직접적인 비교를 가능 실린더를 따라 팽창 속도를 추적. 회수 된 실린더 조각은 실패 메커니즘을 확인하기 광학 및 전자 현미경이 적용됩니다.

데이터의 품질은 우선 실험 타이밍에 의존 할 것이다. 트리거로부터의 지연에 영향이 올 경우, 플래시 램프는 선명한 이미지를 생성하기 위해 고속 카메라를 가능 목표 실린더가 변형하기 시작할 때 충분한 광을 생성 할 것이다. 이 경우, 프레이밍 카메라에서 이미지 전체 실린더의 변형을 추적하는 데 사용될 수 명확한 윤곽 엣지를 가질 것이다. 이러한 ImageJ에 같은 소프트웨어는도 2와 같이 화상을, 각 프레임에 대한 데이터 라인 아웃 추출하는데 사용될 수있다. 이상적으로 PDV는 ~ 100 마이크로 초에 대한 팽창 속도를 추적 할 수있을 것이며,이 실린더의 표면 조도에 의존하며 프로브의 정렬. 주어진 실험 PDV 및 라인 출력 데이터는 하나의 이미지로부터 PDV 알려진 4 점을 사용하여 서로에 대해 검증 할 수있다. 이 조합으로 실린더의 길이를 따라 임의의 지점에서의 반경 또는 직경 균주의 정확한 척도 일 수있다추출 하였다. 150 K 및 800 K. 우리는 냉각 실린더 피크 속도 후의 이하 감속을 ...

파괴와 파편화는 동적 하중 시나리오의 후기 단계 현상이며 일반적으로 폭발물을 사용하여 연구됩니다. 우리는 적재 속도와 시료 온도를 모두 제어할 수 있는 가스 건을 사용하여 팽창을 구동하는 기술을 제시합니다.

The dynamic fracture of a body is a late-stage phenomenon typically studied under simplified conditions, in which a sample is deformed under uniform ...

다음 실험의 목적은 다양한 초기 시료 온도 범위에서 고변형률 인장 하중 하에 재료의 동적 파괴 및 파편화를 연구하기 위한 방법을 개발하는 것입니다. 이는 가스건으로 구동되는 확장 실린더 기하학적 구조를 통해 구현되며, 시료는 온도 제어 장치인 강철 O-링 형태의 삽입물이 포함된 중공 실린더 형태를 취합니다. 두 번째 단계로, 타겟 실린더를 가스건 총열 끝에 정렬하여 장착하고, 실린더를 따라 여러 지점에서 확장 속도를 측정하기 위해 레이저 기반의 대칭 진단 장치를 설치하며, 파괴의 시작과 성장을 추적하기 위해 고속 이미징을 사용합니다.다음으로, 실린더를 원하는 온도로 맞춘 후 폴리카보네이트 발사체를 타겟으로 발사합니다. 발사체와 OJ 인서트 사이에서 발생하는 충격으로 인해 폴리카보네이트가 외부로 흐르며 실린더의 균일한 반경 방향 팽창을 유도하고, 이는 원주 방향으로 인장 응력 상태를 형성합니다. 이후 벨라 대칭(vela symmetry) 및 고속 이미징을 통해 온도에 따른 재료의 변형 파괴 및 파쇄 특성을 결정할 수 있으며, 파편 분석을 통해 파괴 메커니즘을 확인할 수 있습니다.이 기술이 고전적인 winter 기법이나 폭약 사용 또는 인장 split Hopkinson bar와 같은 다른 기존 방법들에 비해 갖는 주요 장점은, 하중이나 시편의 변형률 속도와 같은 실험적 요인에 영향을 주지 않으면서 초기 시편 온도의 영향을 연구할 수 있다는 것입니다. Ti-6Al-4V(티타늄-6% 알루미늄-4% 바나듐 중량 퍼센트) 티타늄 합금으로 가공된 타겟 실린더를 준비하며 실험을 시작합니다. 실린더의 길이는 150 mm, 내경은 50 mm, 벽 두께는 4 mm입니다.표면 마무리는 가공 흔적이 없어야 하며, 포톤 도플러 속도 측정법(photon doppler velocimetry)에 사용할 수 있도록 약간 확산된 상태로 유지해야 합니다. 이어서 실린더를 따라 열전대를 접합하십시오. 타겟 조립을 시작합니다. 먼저 OJ 인서트를 실린더 후면에 배치하고 그랩 나사(grab screws)로 고정합니다.다음으로, 실린더와 O-링 어셈블리를 마운팅 슬리브에 넣습니다. 무두 볼트로 이를 고정합니다. 이 시점에서 가열 또는 냉각 장치를 설치합니다.본 실험을 위해, O jive 인서트 후면에 마이크로 저항 부하를 배치하십시오. 여기는 실린더를 따라 온도를 측정할 수 있도록 열전대를 배치하고 프로브의 대칭성을 확인한 최종 조립 상태입니다. 비교를 위해 가스건 발사체 옆에 놓인 최종 타겟 조립체가 표시되어 있습니다.프로브 커넥터를 세척한 후, 660 nanometer 레이저 광을 프로브를 통해 실린더로 투사하여 프로브의 대략적인 정렬 상태를 확인합니다. 반사된 빛이 다시 프로브로 돌아올 때까지 프로브를 조정하십시오. 그 다음, 1,550 nanometer 레이저와 광 순환기(optical circulator)를 사용하여 더욱 정밀하게 정렬을 진행합니다.수집된 반사광의 양을 측정하려면, 최대값이 얻어질 때까지 각 프로브를 조정하십시오. 타겟 준비가 완료되면 가스 건 작업을 시작합니다. 정밀하게 가공된 정렬 플러그를 총열 끝부분 내부에 배치하십시오.다음으로, 플러그 위에 타겟 어셈블리를 설치하고 실린더가 배럴과 동축으로 정렬될 때까지 타겟 마운트를 조정합니다. 타겟이 정렬되면, 가열 코일을 고전류 케이블에 연결하고 광섬유를 광자 도플러 벨로시메트리(photon Doppler velocimetry) 시스템에 연결합니다.타이밍 하드웨어용 트리거를 설치하기 위해 배럴로 돌아갑니다. 발사체가 배럴을 빠져나갈 때 회로가 완성될 수 있도록 배럴 끝에 트리거 쌍을 배치합니다. 그다음, 트리거부터 O jive의 충격 지점까지의 거리를 측정하여 충격 시간을 추정할 수 있도록 합니다.이 단계에서 고속 이미징 시스템을 설정합니다. 가스 건의 광학 포트를 통해 이미지를 전달하기 위해 거울을 사용하십시오. 플래시 건을 실린더의 정면과 상단에서 비추도록 배치하십시오.타겟 탱크 외부에 고속 카메라를 설치하고 실린더에 맞춰 정렬 및 초점을 잡습니다. 실린더가 프레임을 거의 채우도록 하되, 실린더 팽창을 위한 여유 공간을 남겨두어야 합니다. 모든 준비가 완료되면, 광자 도플러 벨라 대칭 시스템(photon doppler vela symmetry system)의 레이저에 대해 적절한 안전 주의 사항을 준수하십시오.그 다음 vela symmetry 시스템과 오실로스코프의 전원을 켜고, vela symmetry 상태를 확인하십시오. 전력 레벨과 정렬 상태를 측정합니다. 이어서 적외선 뷰잉 카드를 사용하여 실린더 후면부터 vela symmetry 프로브의 초점이 맞춰지는 지점까지의 거리를 측정하십시오.각 채널의 신호를 확인하기 위해 참조 레이저를 켭니다. 제로 속도 비트(zero velocity beat)를 5 GHz로 설정하십시오. 모든 진단 항목에 대한 최종 테스트를 마친 후, 정렬 플러그를 제거하고 탱크를 닫습니다.타겟 탱크를 약 50 milli to까지 진공 상태로 만들고, 타이밍 하드웨어를 고속 이미징 및 오실로스코프 설정으로 맞추어 발사 준비를 위해 투사체를 설치하십시오. 제로 타임은 예상 충돌 시간과 일치시켜야 합니다. 레이저를 켜고 진단 장치를 가동한 후, 실험실을 폐쇄하고 제어실로 이동하십시오.제어실에서 대상물을 원하는 온도까지 가열하기 시작합니다. 설정 온도에 도달하면, 건(gun)을 원하는 발사 압력까지 충전합니다.소성 압력에 도달하면 최종 점검을 수행하십시오. 가열 전원 공급 장치를 끕니다. 카운트다운을 시작하고 3, 2, 1 순으로 발사하십시오.발사 후, 가스건의 압력을 낮추고, 건이 대기압으로 돌아오는 동안 카메라 데이터를 저장합니다. 진행해도 안전한 상태가 되면, 건 룸으로 돌아가 레이저를 끄고 오실로스코프 데이터를 저장합니다. 이어서 타겟 탱크를 열어 파편을 수집합니다.잔해는 Tie 64 및 기타 금속 파편으로 구성됩니다. 나중에 Tie 64를 추출하고 분석할 수 있도록 탱크에서 모든 금속 파편을 제거하십시오. 이 고속 비디오는 150 K에서의 티타늄 합금 실린더를 촬영한 것입니다. 발사체의 속도는 1000 meters per second였습니다.프레이밍 카메라는 0.7 µs의 노출 시간으로 10 µs마다 한 장의 이미지를 수집했습니다. Botone Doppler vela 대칭성을 통해 이 그래프를 위한 데이터를 얻었으며, 이는 시간에 따른 팽창 속도를 나타냅니다. 두 개의 실선 곡선은 150 K 실린더에 대한 것입니다.검은색 곡선은 pro 위치를 나타냅니다. O jive의 끝부분 부근에서, 빨간색 곡선은 O jive를 따라 더 뒤쪽에 위치한 지점을 나타냅니다. 비교를 위해, 점선 곡선은 800 K에서의 실린더 데이터를 제공합니다. 여기서도 검은색 곡선은 O jive 끝부분이며, 빨간색 곡선은 더 뒤쪽 지점입니다.해당 실린더는 최고 속도 이후의 감속도가 더 낮게 나타나며, 이는 파괴가 더 일찍 시작되었음을 시사합니다. 여기서 실선 곡선은 150 K로 유지된 실린더 길이 방향의 네 지점에서 축적된 반경 방향 변형률에 해당합니다. 점과 이를 연결하는 점선은 오른쪽 축을 기준으로 한 가시적 균열의 수입니다. 이러한 고속 비디오 영상은 파괴의 시간적 활성화에 관한 정보 수집을 가능하게 합니다.여기서는 고속 이미징 및 속도 측정과 같이 본 실험에서 제시한 절차를 거친 후 150 K 실린더에서 다수의 종방향 균열이 뚜렷하게 나타납니다. 회수된 파편들을 세밀하게 분석하면 파편화를 유발한 시료 내부의 파괴 메커니즘을 밝혀낼 수 있습니다.

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연구

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공학

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