Methodenartikel

Uitvoeren van verhoogde temperatuur normaal en druk-Shear plaat gevolgen experimenten Via een stuitligging-Sabot kachel endsysteem gecombineerd

DOI:

10.3791/57232

⸱

7 augustus 2018

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

In dit artikel

Samenvatting

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

Hier presenteren we een gedetailleerd protocol voor een nieuwe aanpak voor het uitvoeren van de verhoogde temperatuur reverse normale plaat impact, en gecombineerde druk-en-shear plaat impact. De aanpak omvat het gebruik van een kachel resistieve spoel staartstuk-einde te een steekproef gehouden op de front-end van een hittebestendig sabot tot de gewenste temperatuur te verwarmen.

Samenvatting

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

Een nieuwe benadering voor het uitvoeren van normale en/of gecombineerde druk-shear plaat gevolgen experimenten bij test temperaturen tot 1000 ° C wordt gepresenteerd. De methode kunt verhoogde temperatuur plaat-gevolgen experimenten gericht op het dynamisch gedrag van materialen onder thermomechanische uitersten, terwijl verschillende speciale experimentele uitdagingen tijdens het uitvoeren van soortgelijke experimenten beperkende sonderen met behulp van de conventionele plaat effect aanpak. Aangepaste aanpassingen worden aangebracht in het staartstuk-einde van een single-fase gas-wapen aan de Case Western Reserve University; deze aanpassingen omvatten een precisie-gefreesd extensie stuk gemaakt van SAE 4340 staal, die strategisch is ontworpen om de bestaande pistool-vat terwijl het verstrekken van een hoge tolerantie mate overeenkomen met de boring en spiebaan. De extensie stuk bevat een verticale cilindrische kachel-well, die beschikt over een vergadering van de kachel. Een resistieve spoel kachel-hoofd, staat te bereiken temperaturen tot 1200 ° C, is gekoppeld aan een verticale stam met axiale/roterende graden van vrijheden; Hierdoor kunnen de dunne metalen exemplaren gehouden op de front-end van een hittebestendig sabot gelijkmatig over de diameter aan de gewenste test temperaturen worden verwarmd. Door het verhitten van de flyer plaat (in dit geval, het monster) aan het staartstuk-einde van het pistool-vat in plaats van eind doel-, kunnen verschillende kritische experimentele uitdagingen worden afgewend. Deze omvatten: 1) ernstige veranderingen in de uitlijning van de doel-plaat tijdens verwarming als gevolg van de thermische uitzetting van de verschillende bestanddelen van de vergadering van de doel-houder; 2) uitdagingen die zich als gevolg van de elementen van de diagnose voordoen, (dwz., polymeer holografische roosters en optische sondes) wordt te dicht bij de vergadering van de verwarmde doel; 3) uitdagingen die zich voor doel platen met een optische venster voordoen, waar bond cruciale toleranties tussen het monster, laag, en venster steeds moeilijker te handhaven bij hoge temperaturen; 4) in het geval van gecombineerd compressie-shear plaat gevolgen experimenten, de noodzaak voor hoge-temperatuur-resistente diffractie roosters voor de meting van transversale deeltje snelheid op het vrije oppervlak van de doelstelling; en 5) beperkingen opgelegd aan de botssnelheid nodig voor eenduidige interpretatie van de gemeten vrije oppervlakte snelheid versus tijd profiel als gevolg van thermische verzachten en eventueel opbrengst van de omsluitende doel platen. Door gebruik te maken van de aanpassingen die hierboven vermeld, presenteren we de resultaten uit een serie van omgekeerde geometrie normale plaat gevolgen experimenten op commerciële zuiverheid aluminium op een scala aan monster temperaturen. Deze experimenten Toon deeltje snelheden in de beïnvloede staat, die een aanwijzing van materiaal zachter minderen (daling in opbrengst na stroom stress) met stijgende temperaturen van het monster.

Inleiding

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

In waterbouwkundige toepassingen, zijn materialen onderworpen aan een brede waaier van voorwaarden, die kunnen statisch of dynamisch in de natuur, in combinatie met hoge niveaus van vervorming en temperaturen variërend van kamer naar in de buurt van het smeltpunt. Onder deze uitersten thermomechanische kan de materiaalgedrag variëren drastisch; Dus, meer dan bijna een eeuw, verschillende experimenten zijn ontwikkeld gericht naar het sonderen van de dynamische reactie en/of andere kenmerken van materiaalgedrag terwijl onder gecontroleerd laden regimes1,2,3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14. voor metalen geladen op lage tot tussentijdse stam tarieven (10-6-100 /-s), servo-hydraulische of precisie schroef universele testen machines zijn gebruikt voor het bestuderen van de materiële reactie onderworpen aan verschillende laden modi en niveaus van vervorming. Maar als de toegepaste spanning verhogen tarieven buiten de tussenliggende stam-tarieven (dwz., > 102/s), andere experimentele technieken noodzakelijk teneinde de sonde van de mechanische reactie zijn geworden. Bijvoorbeeld bij laden tarieven van 103/s tot en met 5 × 104/s full-sized of verkleind Split-Hopkinson druk bars inschakelen dergelijke metingen te worden gemaakt van8,15.

Traditioneel, lichte gas-geweren en/of explosief gedreven plaat gevolgen experimenten hebben gebruikt om te bestuderen van de dynamische inelasticity en andere verschijnsel zoals spallation of fase van de transformatie die zich voordoen met zeer hoge spanning tarieven (10-5-10 7/s)16,17,18,19,20,21,22, of combinaties van hoge druk en dynamisch laden. Gewoonlijk, plaat gevolgen experimenten betrekken de lancering van een plaat van de flyer gedragen door een sabot aanvankelijk aan het staartstuk-einde van de gas-pistool, die vervolgens langs de lange zijde van het pistool-vat reist en wordt gemaakt te botsen met een zorgvuldig uitgelijnd stationaire doel plaat op de gevolgen kamer. Als gevolg van de impact, worden normale en/of gecombineerde druk en schuifspanningen gegenereerd op de flyer/target-interface, die reizen door de ruimtelijke dimensies van de platen als longitudinale en/of gecombineerde langs- en dwarswapening stress golven. De komst van deze golven op het achterste oppervlak van de plaat van de doelstelling van invloed op de snelheid van de momentane vrije oppervlakte deeltje van de doel-plaat, die meestal wordt gecontroleerd via interferometrische technieken. Om de interpretatie van de gemeten deeltje snelheid versus tijd geschiedenis, is het noodzakelijk dat vliegtuig-golven met een front evenwijdig aan het botsingsvlak op effect14,23worden gegenereerd. Om de voormalige, impact moet plaatsvinden met een effect tilt hoek over de volgorde van minder dan één milli-radiaal12,24, met gevolgen oppervlakken van vlakheid beter dan een paar micrometers5,25.

Plaat gevolgen experimenten zijn aangepast tot verwarmingselementen waarmee onderzoek naar materiaalgedrag uit te breiden in thermomechanisch uitersten26,27,28,29. Deze aanpassingen sprake meestal van de toevoeging van een inductiespoel, of van een resistieve kachel element aan het doel-einde van het gas-wapen; al deze aanpassingen experimenteel haalbaar gebleken zijn, wordt de aanpak inherent leidt tot speciale experimentele uitdagingen die zorgvuldige overwegingen vereisen. Sommige van deze experimentele complicaties omvatten Differentiële thermische uitzetting van de verschillende bestanddelen van de vergadering van de houder van de doelgroep en/of uitlijnopspanning terwijl de plaat van de doelgroep (VB), waarvoor in-real-time uitlijning aanpassingen, Verwarming meestal gemaakt met op afstand bestuurde uitlijning tools met continue feedback teneinde cruciale parallellisme tolerantie tussen de monster- en het doeldomein plaat. In het geval van de druk-shear plaat effect experimentele regeling, Verwarming van het monster vereist conventionele polymeer roosters vervangen door hoge-temperatuur-resistente metalen roosters om te kunnen volgen dwars deeltje snelheid op het vrije oppervlak van de doel de plaat. Bovendien, Verwarming van het monster kunt toevoegen beperkingen op de botssnelheid die kan worden ingezet in bepaalde experimentele regelingen, zoals in de hoge stam gecombineerd tarief druk-en-shear plaat gevolgen configuratie, waar speciale overwegingen mogelijk vereist om te voorkomen dat een ondubbelzinnige interpretatie van de experimentele resultaten, die worden berekend met behulp van de akoestische impedantie van de voorzijde en achterzijde doel platen die mogelijk temperatuur afhankelijk. Tot slot, voor andere experimentele regelingen waarvoor een doel-plaat met een optische venster, toleranties tussen de monster, bond laag, en/of coatings steeds moeilijker te handhaven op hoge temperaturen19.

Ter verzachting van de experimentele uitdagingen hierboven vermeld, hebben wij aangepaste aanpassingen aan de bestaande single-fase gas-gun gelegen aan de Case Western Reserve University (CWRU)7,30,31,32 . Deze wijzigingen kunnen dunne metalen exemplaren gehouden op de front-end van een hittebestendig sabot te worden verhit tot temperaturen boven 1000 ° C, voorafgaand aan de ontploffing, waardoor hoge temperatuur normaal en/of gecombineerde druk-shear plaat gevolgen experimenten worden uitgevoerd. In tegenstelling tot de meeste van de conventionele benaderingen werkzaam voor verhoogde temperatuur plaat impactstudies, heeft deze methode aangetoond dat verschillende van de hierboven beschreven experimentele uitdagingen te verlichten. Deze aanpak is bijvoorbeeld gebruikt om redelijkerwijs tilt hoeken van minder dan één milli-radiaal zonder de noodzaak voor externe tilt aanpassing30, of extra optische elementen voor tilt veranderingen tijdens het experiment te volgen. Ten tweede, aangezien de doelgroep plaat onder omgevingstemperatuur kunnen worden bewaard blijft, deze methode hoeft niet de behoefte aan speciale hoge-temperatuur-resistente holografische roosters voor de meting van transversale deeltje snelheid in schuine gevolgen experimenten; Bovendien hogere impact snelheden kunnen worden gebruikt zonder het risico van de opbrengst van het doel plaat, en dus, het verminderen van de complexiteit van de interpretatie van de experimentele resultaten. Om toe te voegen, kan deze aanpak standaardinteracties hoogtemperatuur omgekeerde-meetkunde normale plaat gevolgen experimenten die ons tot relaties voor een keuze monstermateriaal worden gebruikt. Deze kunnen worden verkregen via impedantieaanpassing technieken, of Daarnaast, een analyse van de ventilator van de rarefaction van de achterste oppervlak van het monster waaraan informatie over eventuele wijzigingen in monster schok snelheid tijdens het lossen33,34 . In de verhoogde temperatuur gecombineerde druk-shear plaat gevolgen configuratie kunnen deze aanpak de dynamische inelasticity van dunne lagen worden bestudeerd tot een breed temperatuur en plastische vervorming bereik en stam-tarieven tot 107/s afhankelijk van de dikte van de dunne specimen16,27,29.

Wij presenteren de protocollen die nodig zijn voor het uitvoeren van een typische verhoogde temperatuur plaat effect experiment hierboven besproken. Dit zal worden gevolgd door een sectie gewijd aan representatieve resultaten verkregen met behulp van de huidige techniek. Tot slot zal een bespreking van de resultaten worden gepresenteerd vóór een sluiting.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

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

1. steekproef en Target materiële voorbereiding

Opmerking: In het volgende protocol, zullen we de stappen die nodig zijn voor het voorbereiden van de monster- en het doeldomein materialen, die later zal worden gebruikt in een omgekeerde geometrie experiment voor de gevolgen van de normale plaat detail. Bij deze instelling zal een flyer plaat (ook het monster), gehouden op de voorzijde van een sabot, worden gelanceerd via een ééntraps gas pistool en gemaakt om de impact van een plaat van de stationaire doel gehuisvest in de kamer van de doelstelling van het gas pistool. Een typische flyer en doel plaat vergadering beschreven in het volgende protocol is schematisch weergegeven in Figuur 1.

  1. Afdeling een 99,999% commerciële zuiverheid polykristallijne aluminium staaf in schijven die later zal worden gebruikt als de flyer platen (monsters).
    Opmerking: Dit kan worden gedaan met behulp van een trage zaag om hoge temperaturen en resterende benadrukt in het werkstuk te voorkomen.
  2. Gezicht en draai de monster-schijven op een draaibank met een diameter van 76 mm en een dikte van 5,6 mm.
  3. Boorgaten drie equidistante 5 mm in doorsnee op een 62 mm diameter vet cirkel op de monster-schijven, die later zal worden gebruikt om de monsters naar de sabot veilig te stellen.
  4. Het malen van beide zijden van de monster-platen teneinde een vlakheid en parallellisme tolerantie van bijna 10 µm over de diameter van de monsters.
    1. Een ruwe schoot op de steekproef plaat oppervlakken met behulp van een commerciële kabbelende machine met relatief grof deeltjesgrootte (10-20 µm) uitvoeren.
      Opmerking: Een gewicht kan worden toegevoegd in deze stap de onderdrempel oppervlakken tot een zelfs saai grijs, met vermelding van uniformiteit in de diameter van de schijf.
    2. Voorzichtig schoon de onderdrempel monsters met ethanol te verwijderen van alle resterende deeltjes, en minerale olie. Vervolgens, Pools beide oppervlakken van de platen van de monster met behulp van 1 µm diamant paste op een polijst doek.
    3. Het controleren van de vlakheid van de monsters door het observeren van lichte banden via een optische flat in contact met het oppervlak van belang onder een groene monochromatisch licht bron16.
      Opmerking: Vlakheid kan worden gekwantificeerd door het observeren van de kromming van de lichte bands op het oppervlak van het monster, of door het tellen van het aantal banden over de diameter zoals afgebeeld in Figuur 2.
      1. Verhuizing-op naar de volgende stap als 3 bands licht of minder worden gezien over de diameter van de steekproef die aangeeft dat een vlakheid van ongeveer 2 µm. anders, herhaalt u stap 1.4.1 - 1.4.3 tot 3 lichte banden of beter wordt bereikt.
  5. Herhaal stap 1.1-1.3 te fabriceren van de doel-platen. Deel een neerslag gehard (hoge sterkte) aluminium staaf (Tabel van materialen) in schijven en vervolgens machine deze tot een diameter van 25 mm en een dikte van 7 mm. Tot slot, het malen van beide zijden plat tot ongeveer 10 µm.
    1. Ronde van beide oppervlakken van de platen doel op een kabbelende machine met 15 µm aluminiumoxide poeder in minerale olie totdat de oppervlakken een zelfs saai grijs uiterlijk bereiken.
      Opmerking: Een gelijkwaardige deeltjesgrootte van diamant drijfmest kan worden gebruikt om sneller verwijdering tarieven en betere oppervlak reflectively. Bovendien kunnen de gewichten worden gebruikt.
    2. Herhaal stap 1.4.2.
    3. Het controleren van de vlakheid van de doel-platen door stap 1.4.3 te herhalen. Ga verder met de volgende stap als 1 lichte band of beter wordt voldaan. Anders, herhaal stap 1.4.1 - 1.4.3 totdat 1 lichte band of beter is bereikt. Als holografische roosters nodig zijn, gaat u verder met stap 1.5.4, ga anders door naar stap 1.6.
  6. Gebruik maken van een soortgelijke procedure zoals beschreven in stap 1.1-1.3 te fabriceren van de ring van aluminium.
    1. Sectie van een aluminium buis met de uiterlijke en innerlijke diameters van 41 en 32 mm, respectievelijk, in ringetjes en vervolgens geconfronteerd met de zijkanten met een dikte van 7 mm.
    2. Zes 3 mm diameter "slots" equidistante op een bout-cirkel van 34.5 mm diameter boren. Deze zullen later huis zes spanning bevooroordeeld koperen pinnen, waardoor tilt metingen worden gemaakt bij de botsing.
    3. Slijpen, schoot, schoon, en Pools van beide oppervlakken van de aluminium ringen met behulp van de procedures die zijn beschreven in stap 1.4.
  7. Houden de vlakke doelwit plaat naar de aluminium ring met behulp van een mengsel van de epoxy twee-onderdelen op een vlakke tuig te beveiligen zoals afgebeeld in Figuur 3. Laat de epoxy genezen overnachten bij kamertemperatuur.
    Opmerking: De twee delen zijn bevestigd aan een plat staal podium met drie schroeven die worden voorzichtig met de hand aangescherpt zodat de toegepaste druk op het doel en de ring voorkomen dat de epoxy naar buiten lekken.
    1. Verwijder alle overgebleven lijm van de radiale "slots" of het oppervlak van de platen met behulp van aceton.
    2. De doelgroep plaat/aluminium ring vergadering invoegen door de POM-ring.
      Opmerking: De POM-schijf zal later worden gemonteerd op de-naar een target houder met roterende vrijheidsgraden, waarmee de uitlijning van de materialen van de test binnen de pistool-vat.
    3. Markeer de positie van de zes radiale "slots" op de innerlijke stap van de POM-ring en boren van zes t/m-dikte gaten op de gemarkeerde locaties.
    4. Afdeling 6 koperen pinnen uit een spoel van 15 AWG geëmailleerd koperdraad met de lengte van ~ 50 mm en verwijder de geëmailleerde isolatie laag van twee van hen. Druk op de pinnen in de "slots" in een symmetrisch patroon: twee pinnen van de grond worden geplaatst op andere locaties van de cirkel. Duw de pinnen via de "slots" en laat ongeveer 2 mm uitsteken naar buiten van het oppervlak van de ring.
      Opmerking: De pennen worden gebruikt voor het meten van de hoek van de tilt en geven de trigger signaal.
    5. Gebogen-uiteinden van de koperen pinnen aan de achterkant-oppervlakte van de ring van de POM met behulp van extra snel-instelling epoxy houden.
    6. Gebruik een lage viscositeit twee delen epoxy mengsel voor het afdichten van de kloof tussen de aluminium ring en de binnenwand van de POM-ring. Laat de epoxy genezen overnachten bij kamertemperatuur.
  8. Verwijder de overtollige 2 mm koperen pennen uitsteken van het oppervlak van de ring van aluminium. Eerste sectie de overmaat pinnen met een roterende gereedschap en vervolgens zand de resterende neer aan het oppervlak met behulp van natte 300 korrel zand papier, totdat pinnen bijna zijn flush op het oppervlak van de ring van aluminium.
    1. Schoot, reinigen en polijsten van de hele vergadering herhaalt u stappen 1.4.1-1.4.3. Zorg ervoor dat de gehele onderdrempel vergadering plat naar binnen 2-3 lichte banden.
    2. Soldeer de uiteinden van de zes koperen pinnen aan de achterkant-oppervlakte van de POM-ring, en monteer de POM-ring aan de houder van de doelgroep met behulp van vier 6.35 mm diameter POM pinnen.

2. assemblage van aangepaste hittebestendig Sabot

  1. Het verzamelen van de montage-onderdelen voor de hittebestendig sabot, afgebeeld in Figuur 4.
  2. Hechten van een oogschroef aan de onderkant van het GLB van aluminium en beveiligen van een afdichting O-ring en een PTFE-toets in de groeven van het GLB.
    Opmerking: De sleutel en de O-ring worden gebruikt om te voorkomen dat de tilt en de rotatie van de sabot tijdens haar reizen vaststelling van het pistool-vat.
    1. Trek de draad THERMOK door het gat aan de onderkant van het GLB en beveiligen van de THERMOK draad in een verbindingslijn.
  3. De kap voor de back-end, en het volledig gestookte aluminiumoxide silicaat Lava rock buis aan de front-end van de aluminium buis met behulp van twee-onderdelen snelle instelling epoxy houden.
  4. Trek de sonde THERMOK door het gat in de monsterhouder 76,2 mm diameter H13 gereedschapsstaal legering.
  5. Houden de monsterhouder H13 aan de front-end van de Lava tube met hoge temperatuur cement of gelijkwaardige hoogtemperatuur lijm.
  6. Toepassing van het cement van de hoge temperaturen rond de 25 mm diameter en 3 mm dikke Lava schijf zit op de top van het innerlijke Thru b-l-dikte 19 mm diameter concentrische gat van de H13-houder. Laat de hoge temperatuur cement te droge overnachting bij kamertemperatuur.
  7. Beveiligen van het monster, tot H13 monsterhouder met drie schroeven van aluminiumoxide, en ervoor te zorgen dat de vlakheid van het monster niet verandert met behulp van het protocol beschreven in 1.4.3.

3. assemblage van de materialen van de Test binnen de Gas-pistool

  1. De voorzijde van het monster en de doelstelling met isopropyl alcohol schoon, en gebruikt u tape te beveiligen eerste oppervlakte spiegels aan de oppervlakte van elk.
  2. Schroef scherpen een 3 assen beweging stadium op een extruding staaf boven het pistool vat in de vergaderzaal van de gevolgen, en koppelt de prism houder uitvoering een optische precisie-Prisma op het podium.
  3. Trekken een touw door middel van het geweer vat, en bevestig het touw aan de sabot via de oogschroef op de aluminium dop.
  4. Plaats de sabot in geweer vat met het monster naar de effect-zaal gericht, en plaats van de vergadering van de houder van de doelgroep in de zaal van de doelgroep geconfronteerd met het monster.
  5. De positie van het doel door de vier POM positionering pinnen aan te passen totdat de eerste-oppervlakte spiegel op het doel wordt uitgelijnd met de eerste-oppervlakte spiegel op het monster uitlijnen
    1. Het uitvoeren van een ruwe uitlijnen van het parallellisme tussen de platen van het monster en doel met een diffuse lamp en een reflecterende spiegel. Pas het werkgebied totdat één continu gereflecteerde afbeelding van de lamp kan worden afgeleid uit alle van het oppervlak op de uitlijning prism.
  6. Gebruik een auto-collimator24 om de fijne uitlijning.
    1. Het werkgebied aanpassen totdat het gereflecteerde beeld van het Kruis van het achterste oppervlak van het prisma is uitgelijnd met de afbeelding die weerkaatst door de spiegel van de eerste-oppervlak van de steekproef.
    2. Aanpassen van de doel-vergadering door te draaien aan de positionering schroeven op de doel-houder totdat het gereflecteerde beeld van het Kruis van het achterste oppervlak van het prisma is uitgelijnd met de afbeelding die weerkaatst door de spiegel van de eerste-oppervlak op het doel.
  7. Verwijder de eerste-oppervlak spiegels uit het monster en de doelgroep. Ook de reflecterende spiegel, prisma, prism houder en de aanpassing fase uit de zaal effect verwijderen.
  8. Trek de sabot naar het staartstuk-einde van gas-pistool met behulp van het touw, en verwijder vervolgens het touw van het GLB.
  9. Verlaten ~ 2.5 mm afstand tussen de sabot en het hoofd van de kachel en de lengte van de schroeven waardoor de rug motie van de sabot richting de stuitligging dienovereenkomstig aanpassen.
  10. De thermische-paar verbinden met de temperatuur diagnostische monitor.
    Opmerking: De thermische-paar draad op de temperatuur monitor einde heeft gebracht binnen het vat door de vacuüm buis met behulp van een feedthrough.

4. regeling en de uitlijning van de Laser-Based diagnostiek

  1. Zet twee schroefdraad ankers in de gaten op de achterkant van de focuser sonde houder. Draai de twee schroeven via de ankers totdat ze de POM opdat de vrijheid om te veranderen van de hoek invallende lichtbundel.
    1. Boor een gat van thru b-l-dikte op de bodem van de focuser sonde houder, en veilig op een schroefdraad cilindervormige magneet.
    2. Trek een optische vezel focuser sonde door middel van een aluminium buis en lijm de sonde aan de aluminium buis door extra snel-set epoxy rond het hoofd van de sonde en het uiteinde van de buis aluminium toe te passen. Duw het hoofd van de sonde als vooruit in de buis mogelijk, maar zorg ervoor om te vertrekken van de lens van de sonde uit de buurt van epoxy. Wacht totdat de extra fast-set epoxy is uitgehard.
    3. De optische focuser verbinden met de all-fiber-optica NDI/TDI interferometer31, en plaats de focuser vergadering op de houder van de doelgroep gericht naar de achterzijde-oppervlak van het doel.
  2. Inschakelen van de laser, in dit geval een 2W Erbium fiber laser, gekoppeld aan 0,2-0,4 W power. Vervolgens pas de positie van de sonde van de focuser met behulp van de schroeven bevestigd op de vergadering van de focuser totdat het juiste licht koppeling wordt bereikt en de verworven signaal is geoptimaliseerd.
  3. Stel de variabele verhouding koppelstuk zodat deze overeenkomen met de intensiteit van de referentie- en licht Doppler-verschoven totdat het signaal getoond in de oscilloscoop is geoptimaliseerd.
    Opmerking: Als dwarse beweging diagnostiek nodig zijn, Raadpleeg stappen 4.5-4.6.
  4. Zet twee ankers in de gaten op de achterkant van de houder van de POM focuser schroefdraad, en vervolgens draai de twee schroeven door de ankers totdat ze de POM raken.
    1. Boor een gat van thru b-l-dikte op de bodem van de focuser sonde houder, en veilig op een schroefdraad cilindervormige magneet.
    2. Trek een optische vezel collimator sonde door middel van een aluminium buis en lijm de sonde aan de aluminium buis door extra snel-set epoxy rond het hoofd van de sonde en het uiteinde van de buis aluminium toe te passen. Duw het hoofd van de sonde als vooruit in de buis mogelijk, maar zorg ervoor om te vertrekken van de lens van de sonde uit de buurt van epoxy. Wacht totdat de extra fast-set epoxy is uitgehard.
    3. Herhaal de bovenstaande stappen in 4.4 te maken van de twee parlementen en leg ze in de zaal van de gevolgen.
  5. Pas de standpunten en de hoeken van de ontvangende optische vezel collimator met de magneet en de twee schroeven aan de houder van de POM totdat de intensiteit van de eerste-orde eiwitkristallen balken afgemeten aan de macht-monitoren is geoptimaliseerd.
  6. Koppelt de macht monitor en sluit de twee ontvangende collimator op de all-fiber-optica TDI interferometer31.

5. uitvoering van hoge temperatuur omgekeerde geometrie normaal/druk-Shear plaat gevolgen experimenten

  1. Beveiligen van de primaire flens door aanscherping van de vier klemmen op de ingang van de kamer van de gevolgen, en sluit vervolgens de zaal met een polyesterfolie vastgebout aan een secundaire flens.
  2. Verhogen van de druk van de zegel te ~ 207 kPa, en sluit vervolgens het gas-wapen eind staartstuk-door aanscherping van de schroeven in de flens.
  3. Zet de vacuümpomp staartstuk-einde, en vervolgens op de doelgroep kamer-end vacuümpomp.
  4. Zorg ervoor dat er geen beweging van de sabot richting de kamer veroorzaakt door het drukverschil tussen de voorkant en de achterkant van de sabot. Wachten tot de zaal is geëvacueerd naar een druk minder dan 100 mTorr.
  5. Inschakelen van het meetsysteem voor laser amplitude-gebaseerde sabot effect snelheid.
  6. De kachel te verplaatsen naar het duidelijke standpunt en inschakelen van de kachel. Verhogen de temperatuur van de kachel met 100 ° C stappen totdat de gewenste monster temperatuur is bereikt.
  7. Druk uitoefenen op het afvuren dump zaal ~ 1103 kPa, en de kamer van de lading tot een gewenste niveau afhankelijk van de gekozen snelheid van invloed. Ook veilig de sabot catcher in de zaal van de gevolgen.
  8. Uitschakelen van de kachel en onmiddellijk omhoog de kachel omhoog naar de kachel-well. Registreren van de temperatuur met de sabot thermokoppel aan de oppervlakte van het monster op de temperatuur gemeten van diagnostische monitor wordt weergegeven.
  9. Onmiddellijk open de klep van de zegel en release de vuren dump kamer eenmaal de zegel drukval tot nul.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

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

Een 82,5 mm boring, 6 m lengte, single-fase gas pistool op CWRU staat voor versnelde 0.8 kg projectielen met snelheden tot 700 m/s in de huidige experimenten werd gebruikt. Figuur 5 toont een foto van de gemodificeerde gas-pistool faciliteit op CWRU. Voorafgaand aan de ontploffing, is de aangepaste ontworpen sabot gehuisvest in de kachel extensie stuk, in Figuur 6afgebeelde. De extensie stuk draagt een verticale kachel-well waard...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

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

De methode en het protocol hierboven gedetailleerd de procedure voor het correct uitvoeren van een omgekeerde geometrie normale plaat effect experiment bij verhoogde temperaturen. In deze benadering maken we aangepaste wijzigingen aan het pistool vat aan het einde van de hoge druk (stuitligging) van de bestaande gas pistool aan de Case Western Reserve University, naar het huis van een spoel resistieve kachel met axiale en roterende vrijheidsgraden. De resistieve kachel spoel systeem kunt dunne aluminium exemplaren, gehou...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

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

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

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

De auteurs wil erkennen van financiële steun van het Amerikaanse ministerie van energie door middel van het rentmeesterschap wetenschap academische Alliantie DOE/NNSA (DE-NA0001989 en DE-NA0002919) bij het uitvoeren van dit onderzoek. Tot slot wil de auteurs Los Alamos National Lab bedanken voor hun samenwerking ter ondersteuning van die inspanningen in de huidige en toekomstige onderzoeken.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
99.999% commercieel zuiver polykristallijn aluminiumGoodfellowAL007970Materiaal voor flyerplaat (monster)
H13 gereedschapsstaalFabrication Center of CWRUN/AMateriaal voor de monsterhouder
Oplossing behandeld & verouderd Inconel 718 legeringHigh Temp MetalsN/A(1.005/1.015)" Dia x 24", Materiaal voor doelplaat
Fotoresist S1805MicroChemN/AMateriaal van de fotoresist voor holografische raster
Ontwikkelaar CD-26MicroChemN/AOntwikkelaar voor de fotoresist voor holografische raster
Aluminium 6063 buisMcMaster-Carr4568T19Materiaal voor de ring in doelsamenstelling
Zwarte Delrin (R) acetaalhars staaf (4-1/2" Dia.)McMaster-Carr8576K81Materiaal voor de Delrin houder in doelsamenstelling
Witte Delrin (R) acetaalhars staaf (1/4" Dia.)McMaster-Carr8572K51Materiaal voor de Delrin pennen in doelsamenstelling
Aluminium 6061 buisMcMaster-Carr9056K24Materiaal voor het lichaam in projectielsamenstelling
Aluminium 6061 staafMcMaster-Carr8974K88Materiaal voor de dop in projectielsamenstelling
Teflon plaatMcMaster-Carr8711K98Materiaal voor de sleutel
LAVA-FF - Alumina Silicaat schijfTechnical ProductsCWR-033116-1
LAVA-FF - Alumina Silicaat buisTechnical ProductsALR11515
Alumina Pan Gegroefde HoofdboutCeramcoA83200PANSLT0.500
409 N70 Buna-N O-ringThe O-ring StoreB70409
Loctite Hysol 9412 lijmLoctite83107
Hoge Temperatuur CementsOMEGA EngineeringOB-300
Extra snel uithardende epoxyEllsworth4001
Mylar plaatMcMaster-Carr8567K94

Referenties

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

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

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

Gerelateerde artikelen