Name: Een methode voor het bestuderen van de temperatuur afhankelijkheid van Dynamic Fracture en Fragmentatie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 12 s
Description: Leer een methode voor het bestuderen van dynamische breuk en fragmentatie bij hoge reknelheden en variërende temperaturen met een gasgeweer en laserdiagnostiek.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs erkennen dankbaar de voortgezette financiering en ondersteuning voor het project van de Atomic Weapons Establishment, AWE Plc. (UK) en Imperial College London.

1. Target fabricage en assemblage <ol><li> Machine doel cilinder gewenste afmetingen van massief voorraad. </li><li> Bereid het cilinderoppervlak door verwijdering machinesporen. Een uniforme diffuse oppervlak is beter voor PDV reflectie. Goede resultaten zijn verkregen met een lichte nat schuren met&gt; 1200 grit. </li><li> Karakteriseren het doel bestanddelen, dat wil zeggen, het meten van de volgende: Cylinder lengte, diameter en wanddikte (op meerdere plaatsen) Projectiel lengte, diameter Ogive lengte, diameter Massa van al het bovenstaande </li><li> Monteer de cilinder montage ring en PDV arm. </li><li> Monteer de PDV-sondes in de kinematische mounts en op de PDV arm. </li><li> Plaats de ogive in het doel cylinder zodat de achterkant van het ogief vlak ligt met de achterzijde van de cilinder (dit moet gebeuren op een workshop Bb). De drie M3 schroeven zijn bedoeld om het ogief zijn plaats te houden terwijl de cilinder &#39;peel away &#39;tijdens de expansie. </li><li> Plaats het doel fles van bevestigingsmiddelen, zodat de ingang van de cilinder gelijk ligt met het voorvlak van de montagering. Zet de cilinder op zijn plaats met 6 M4 grub schroeven. </li><li> Monteer verwarmingselement / koelinrichting en bond thermokoppels langs de lengte van de cilinder buitenwand. </li><li> Reinig de FC / APC (ferrule connector, schuine fysiek contact) aansluitingen aan het eind van het PDV sonde vezels met fiber reinigingsdoekje en te controleren met een vezel scope. Dit is belangrijk om back-reflectie te verminderen. </li><li> Met behulp van een zichtbare (660 nm) klasse 3R laser ruwweg lijn de probes zodat ze loodrecht op de cilinder (dwz het gereflecteerde licht valt terug op de probe). </li><li> Monteer een eenvoudige reflectie circuit met behulp van een circulatiepomp. Sluit de Klasse 1 1550 nm laser ingang 1, de PDV sonde ingang 2 en een vermogensmeter aan ingang 3 Lijn de PDV probes weer zodat de stroom terug wordt gemaximaliseerd. </li></ol><ol><li> De barrel plug en de diepte micrometer lijn de doelring aan het einde van het vat te minimaliseren tilt effect. </li><li> Installeer het fragment mitigatie-systeem en de bescherming van de deur. </li><li> Leg het doel uitlijning stekker in het vat. </li><li> Installeer het doel montage en af ​​te stemmen op de stekker. </li><li> Installeer de trekker make paar aan het uiteinde van het vat en sluiten op de timing hardware en diagnostiek. Meet de afstand van contact met de trekker effect van het projectiel op het ogief. </li><li> Installeer de draaiende spiegels voor hoge snelheid fotografie. </li><li> Lijn de spiegels om een ​​orthogonale uitzicht van de cilinder door middel van het doel tank poorten geven en vast te zetten. </li><li> Lijn de high speed camera&#39;s en flash lampen buiten het doel tank. Op zoek naar beneden het vat, plaatst u de high speed camera en een flitslamp om 3 uur ten opzichte van de cilinder. Plaats het IVV camera om 9 uur eneen andere flitslamp om 12 uur. In deze configuratie zal de high speed camera front-lit voor crack volgen en het IVV zal aftekenen beelden voor edge detectie. </li><li> Sluit de verwarming / koeling apparatuur te richten en vacuum-feed throughs. </li><li> LET OP: Met de juiste brillen en andere voorzorgsmaatregelen zet de klasse IV lasers, oscilloscopen en PDV-systemen. </li><li> Controleer de vermogensniveaus verzonden naar de PDV probes. Met de PDV-systeem, gebruiken meestal ongeveer 5 mW aan elke sonde met 1 mW per kanaal voor de referentie. </li><li> Controleer de uitlijning van de PDV-sondes met een power meter. Eenmaal tevreden met de aanpassing gebruik IR-kaart te meten waar de PDV sondes zijn op zoek op de cilinder oppervlak. </li><li> Zet de referentie-laser en controleren de kwaliteit van de beat signalen van elke probe. Stel de golflengte van de laser (s) de gewenste snelheid nul slagfrequentie instellen (zet deze ongeveer 5 GHz). </li><li> Eenmaal tevreden met het doel alignment, trekker locatie, camera en spiegel uitlijning, PDV sonde uitlijning en locatie en de mitigatie kader sluit het doel tank. </li><li> Verwijder de uitlijning plug; Installeer het projectiel. </li><li> Setup camera&#39;s en verlichting (frame rate, belichting, timings) en het uitvoeren van testen beeldvorming. Typische frame rates zijn ongeveer 250.000 frames / sec voor beide camera&#39;s, met een blootstelling van ongeveer 0,5 usec. Het eerste beeld wordt gewoonlijk samenvallen met het moment van de botsing. </li></ol> 3. Firing Voorbereiding <ol><li> Installeer de stuitligging membranen die van toepassing zijn op het afvuren druk die nodig zijn. </li><li> Sluit het staartstuk en beginnen evacuatie van het doel tanks. Streef naar een vacuüm niveau in de regio van 50 mTorr. </li><li> Voer uiteindelijke opstelling van alle diagnostiek (oscilloscoop vertragingen, triggers, camera-instellingen enz.). Set oscilloscopen voor het PDV op 50 usec per divisie, 25 PSEC per punt en een pretrigger van 20% tot een 500 usec venster geven. Trigger de oscilloscopes en camera&#39;s zodanig dat nul tijd samenvalt met het moment van impact. </li><li> Final trekker-test; check timings zijn accuraat. </li><li> Schakel lasers; arm camera&#39;s. </li><li> Sluiten kamer; verzekeren laser en hoge druk vergrendelingen in de juiste positie. </li><li> Begin verwarmen / koelen zoals vereist met de LabVIEW software. </li><li> Laad het pistool op de gewenste afvuren druk. </li><li> Toen druk, doen een laatste controle die alle diagnostische systemen gewapend. </li><li> Isoleer de verwarmings- of koelinrichting. </li><li> Countdown &quot;3, 2, 1 VUUR.&quot; </li><li> Vent het doel en capture tanks. </li><li> Bewaar alle oscilloscoop en camera data. </li></ol> 4. Bericht Shot <ol><li> Stilgelegd lasers en wacht tot het pistool volledig gelijk aan sfeer. </li><li> Open het doel tank, het verzamelen van alle metalen fragmenten en uitzoeken van de Ti-6Al-4V. </li></ol> 5. Data Analysis <ol><li> Voer STFT analyse op de PDV-oscilloscope gegevens de snelheid te verminderen geschiedenis volgens de analyse van Ao en Dolan 12. </li><li> Process high speed imaging data met software zoals vermeld in de tabel apparatuur. De high speed camera beelden zal tijd en inspanning te leveren tegen falen en mogelijk analyse van scheurvorming en groei. Het silhouet beelden van het IVV een duidelijke rand om de volledige vervorming profiel van de cilinder te onderzoeken. </li><li> Meten en wegen hersteld fragmenten. Selecteer fragmenten met interessante functies, zoals gearresteerd breuken en hen voor te bereiden voor microscopie. <ol><li> Sectie, monteren, en poets de fragmenten; Vervolgens analyseren in de elektronenmicroscoop. Elektron backscatter diffractie geeft informatie over de textuur en microstructuur langs secundaire elektronen imaging aan de breukvlakken sonde en identificeren van de mislukking mode. </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>
<li>Mott, N. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fragmentation+of+shell+cases%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+R.+Soc.+Lond.+A%22%5BJournal%5D)">Fragmentation of shell cases.</a> Proc. R. Soc. Lond. A. 189 (1018), 300-308 (1947).</li>
<li>Hoggatt, C. R., Recht, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fracture+behavior+of+tubular+bombs%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Fracture behavior of tubular bombs.</a> J. Appl. Phys. 39 (3), 1856-1862 (1968).</li>
<li>Banks, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+fragmentation+behavior+of+thin-walled+metal+cylinders%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">The fragmentation behavior of thin-walled metal cylinders.</a> J. Appl. Phys. 40 (1), 437-438 (1969).</li>
<li>Warnes, R. H., Duffey, T. A., Karpp, R. R., Carden, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+technique+for+determining+dynamic+metal+properties+using+the+expanding+ring%5BTitle%5D)+AND+%22Los+Alamos+Scientific+Laboratory+Report%22%5BJournal%5D)">Improved technique for determining dynamic metal properties using the expanding ring.</a> Los Alamos Scientific Laboratory Report. , (1980).</li>
<li>Niordson, F. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+unit+for+testing+materials+at+high+strain+rates%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Mech%22%5BJournal%5D)">A unit for testing materials at high strain rates.</a> Exp. Mech. 5 (1), 29-32 (1965).</li>
<li>Grady, D. E., Benson, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fragmentation+of+metal+rings+by+electromagnetic+loading%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Mech%22%5BJournal%5D)">Fragmentation of metal rings by electromagnetic loading.</a> Exp. Mech. 23 (4), 393-400 (1983).</li>
<li>Winter, R. E., Prestidge, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+technique+for+the+measurement+of+the+high+strain+rate+ductility+of+metals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mat.+Sci%22%5BJournal%5D)">A technique for the measurement of the high strain rate ductility of metals.</a> J. Mat. Sci. 13 (8), 1835-1837 (1978).</li>
<li>Vogler, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fragmentation+of+materials+in+expanding+tube+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Imp.+Eng%22%5BJournal%5D)">Fragmentation of materials in expanding tube experiments.</a> Int. J. Imp. Eng. 29, 735-746 (2003).</li>
<li>Strand, O. T., Goosman, D. R., Martinez, C., Whitworth, T. L., Kuhlow, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compact+system+for+high-speed+velocimetry+using+heterodyne+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Inst%22%5BJournal%5D)">Compact system for high-speed velocimetry using heterodyne techniques.</a> Rev. Sci. Inst. 77, 083108(2006).</li>
<li>Ao, T., Dolan, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SIRHEN%3A+A+data+reduction+program+for+photonic+Doppler+velocimetry+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Sandia+National+Laboratories+Report%22%5BJournal%5D)">SIRHEN: A data reduction program for photonic Doppler velocimetry measurements.</a> Sandia National Laboratories Report. , (2010).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Deze methode maakt onderzoek materialen bij hoge snelheden van trekbelasting over een groot temperatuurbereik van cryogeen tot ~ 1000 K, uniek voor dit ontwerp. Echter voegt dit bepaalde problemen met de experimentele opstelling en uitvoering. Ten eerste, de temperatuurregeling de ogive inzetstuk moet worden vervaardigd uit een geschikt materiaal te optimaliseren. 4340 staal wordt hier gebruikt, hoewel elke hoge temperatuur hoge hardheid staal moeten volstaan. Ook omdat het hele expansie station is nu afkomstig uit het ...

De dynamische falen van een materiaal is een belangrijk aspect van haar algemene mechanisch gedrag, en heeft belang bij tal van industrieën, waaronder automotive, luchtvaart en leger om een ​​paar te noemen. Terwijl falen bij lage rek-tarieven wordt gewoonlijk onderzocht door middel van conventionele trekproeven, waarbij een lange dunne monster in spanning aan de uiteinden wordt geladen met hoge vervormingssnelheden zodanige geometrie / configuratie vereist een monster zeer klein te zijn teneinde een handhaven pseudo-mechanische evenwicht gedurende de proef. Bij het verschijnen van een enkele spleet, zal het omringende materiaal worden versoepeld, effectief arrestatie van de ontwikkeling van aangrenzende defect sites. Dit beperkt het aantal breuken die tegelijkertijd kunnen worden waargenomen in elk experiment en voorkomt belangrijke informatie over de ploegen falen te bepalen. De groeiende cilindertest is een gevestigde techniek voor het karakteriseren van de wijze waarop materials mislukken en fragment onder hoge snelheid laden. In de test, wordt een cilinder van het materiaal van belang uniform geplaatst langs de binnenomtrek, lanceert een drukgolf door de muur waardoor de cilinder te breiden. Binnenkort wordt deze radiale golf verdwijnt en een uniforme treksterkte hoepel spanning rond de omtrek domineert. Als de stress en spanning tarief is hetzelfde rond de cilinder de breuk en fragmentatie gedrag wordt uitsluitend beheerst door de eigenschappen van het materiaal. De test vermindert de eerder genoemde probleem als de typisch grote steekproef omtrek bevorderen de start van meerdere falen locaties onder uniforme spanning 1. Het belangrijkste doel bij het ontwikkelen van deze experimentele techniek was de studie van de rol van de temperatuur in de splijting en fragmentatie gedrag van een expanderende cilinder mogelijk. De controle van de monstertemperatuur zal voor het onderzoek van de wijze waarop de dynamische treksterkte, breuk mechanisme en Fragmentatie gedrag van het materiaal wordt aangetast. Bijvoorbeeld metalen, bij temperatuurverhoging een verschuiving van ductiele naar brosse breuk veroorzaken in totaal meer van plastic voordat uiteindelijk falen. Sommige materialen zoals Ti-6Al-4V kunnen vertonen adiabatische shear lokalisatie 2. Terwijl de sample vervormt, het plastic werk genereert warmte. Als de snelheid van verzachtende als gevolg van deze temperatuurverhoging is dan het werktempo verharding van de vervorming kan een instabiliteit vormen waar een grote hoeveelheid plastische vervorming optreedt in een zeer plaatselijk band (adiabatische shear band). Deze reactie wordt bevorderd Ti-6Al-4V vanwege de slechte warmtegeleiding, en kan mogelijk de effectiviteit beperken voor toepassingen zoals lichtgewicht bepantsering. Deze nieuwe test aanpak moet voldoen aan twee belangrijke criteria. Ten eerste moet de methode een radiale belasting tarief in de orde van 10 4 sec -1 produceren, meestal gezien in ballistische eninvloed evenementen, om vergelijking met eerdere studies met meer traditionele laden regelingen mogelijk te maken. Ten tweede, het aandrijfmechanisme dient te worden beïnvloed door de temperatuur van het monster om de samenhang tussen experimenten te waarborgen. Initial mechanismen cilinder uitbreiding gebruikt explosieve ladingen, ofwel gewoon het monster cilinder 3-5 vullen rechtstreeks of via een intermediair driver. In het laatste geval wordt een buffer gebruikt 6, waarbij het ​​monster over een stalen cilinder die op zijn beurt bevat een explosieve lading wordt geplaatst. Voor de hand liggende beperking is dat wanneer het monster cylinder bevat de aandrijving materiaal (in de vorm van het explosief) worden verwarming van de cylinder eveneens de lading verwarmen. Hoewel dit misschien niet direct inleiding van de lading veroorzaken vele soorten explosieven bevatten een polymeer bindmiddel materiaal dat uit zal smelten van het monster cilinder. Ook sommige explosieven worden zeer gevoelige bij afkoeling. Dit betekent dat explosieve aandrijvingen niet geschikt voor temperaturen studie. Een alternatiefmethode wordt de Lorentz-kracht voor uitzetting - het monster boven een driver spoel 7, 8 geplaatst een hoge stroom wordt geïnjecteerd in deze driver spoel (gewoonlijk dikwandig koperdraad), het induceren van een tegengestelde stroming in het monster.. Deze tegengestelde stromen geassocieerd magneetvelden die werken tegen elkaar, de magnetische druk besturen van de sample zich vanaf de binnenzijde. Opnieuw verwarmen van het materiaal nadelig beïnvloeden de koperen spoel in het monster. Gas kanonnen zijn gebruikt voor cylinder expansie sinds eind 1970 9. In deze experimenten het voor de insertie in de cilinder materiaal een polymeer, het station komt als gevolg van zowel het projectiel en plaatst vervormen bij impact. Dit inzetstuk is typisch een rubber of kunststof 10, de sterkte en taaiheid van deze gebieden ernstig wordt beïnvloed door de temperatuur. Verwarming zal de insert te zacht te maken, en koeling zal het zich op een brosse manier zodat het niet te vroeg. <p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Unlike voorgaande technieken cylinder expansie, de hier beschreven werkwijze is als eerste een herhaalbare loading drive over een breed gebied van temperaturen (100-1000 K). De techniek is uniek in het feit dat de voor het aandrijven van de uitbreiding (in ons geval het projectiel) materiaal is gescheiden van de cilinder tot het trefpunt. Bijgevolg wordt beïnvloed door de begintemperatuur van het monster cilinder en verschaft een herhaalbare lading. De experimentele geometrie bestaat uit een stalen ogive gemonteerd binnen een doel cilinder en het uiteinde ligt ongeveer halverwege de lengte van de cilinder. Een eentraps licht gas pistool wordt vervolgens gebruikt om een polycarbonaat projectiel starten met een concaaf gezicht in de cilinder met snelheden tot 1000 m / sec -1. De as van het doel cilinder wordt zorgvuldig uitgelijnd op de as van de gas-geweerloop een herhaalbare en gelijkmatige belasting vergemakkelijken. De impact en de daaropvolgende stroom van de polycarbonate projectiel rond de pseudo-stijve stalen ogive, drijft de cilinder in uitbreiding van de binnenwand. De geometrie van de ogive insert en het concave vlak van het projectiel zorgvuldig geoptimaliseerd via hydro-code computersimulaties de gewenste expansie van de cilinder genereren. Met 4340 gelegeerd staal voor het ogief maakt experimenten met de cilinder temperatuur zijn sterkte is veel hoger dan het polycarbonaat projectiel het temperatuurbereik van belang zodat het aandrijfmechanisme consistent blijft. Ogives gewonnen uit verwarmde en gekoelde experimenten vertonen slechts minimale vervorming als gevolg van de impact. De verwarming en afkoeling van het monster cilinder wordt bereikt door het installeren van temperatuurregeling hardware in een bewerkt uitsparing aan de achterzijde van het ogief insert. Voor het koelen van het monster tot cryogene temperaturen (~ 100 K), is de uitsparing in het ogief afgesloten met een aluminium capsule en vloeibare stikstof fgevolgd door de holte. Als het doel cilinder heeft een groot contactoppervlak met de ogive het monster wordt gekoeld door geleiding. Om het doel cilinder temperaturen naderen 1000 K te verwarmen, wordt een keramische en nichrome resistieve verwarming geplaatst in de ogive uitsparing. Een hoge stroom voeding levert tot 1 kW, het verwarmen van de ogive en de cilinder. De cilinder en ogiefvormige thermisch geïsoleerd van het doel monteren in de enkele trap gas-gun door middel van MACOR keramische afstandhouders. De tank wordt tevens gedurende het experiment die thermische behandeling helpt gehouden onder matig vacuüm (&lt;0,5 Torr). Om het fragmentatieproces van de cilinder diagnosticeren, proefopzet bevat meerdere kanalen frequentie-omzetting PDV, de expansiesnelheid van punten langs de cilinder gemeten. PDV is een relatief nieuw 11 optische vezel gebaseerde interferometrie techniek die het meten van oppervlakte- snelheden maakt tijdens hoogdynamische evenementen. Tijdens PDV meting Doppler verschoven licht gereflecteerd door een bewegend oppervlak plaats met behulp van een vezeloptische sonde wordt gecombineerd met un verschoven licht, waardoor een slagfrequentie die direct evenredig met de snelheid van het bewegend oppervlak. In wezen, een PDV-systeem is een snelle Michelson interferometer met de vooruitgang in de nabij-infrarood (1550 nm) communicatietechnologie op te nemen ritme frequenties in het GHz bereik. Het montagesysteem voor 100 mm brandpuntsafstand PDV probes gebruikt in de huidige studie, zodat ze geïsoleerd zijn van de temperatuur van de cilinder en een gemakkelijke aanpassing. Een bijkomend voordeel van het gebruik van 100 mm brandpuntsafstand probes is dat zij voldoende optische toegang tot ultrasnelle fotografie in staat de uitbreiding profiel van de gehele cilinder gemeten. De opstelling en de plaats van de vier probes, AD, langs de cilinder in figuur 1 twee high speed cameras hier toegepast.; een hoge snelheid videocamera Phantom V16.10 werken op 250.000 bps en een IVV UHSi 12/24 framing camera, het vastleggen van 24 beelden. Het IVV camera wordt verlicht zodanig dat de cilinder verlicht silhouet zodat de radiaal uitbreidende rand van de cilinder nauwkeurig worden bijgehouden. De Phantom camera is front verlicht beeldvorming van de breuk is begonnen en fragmentatie proces. De hoge snelheid fotografie kan dan worden gecorreleerd met de velocimetry om spanning en reksnelheid geven over de volledige monster. De high speed imaging maakt ook een nauwkeurige meting van falen stam en de breuk patronen langs het oppervlak. De experimentele techniek in onderstaande protocol deel een middel voor het regelen van de monstertemperatuur in een groeiende cilinder experiment, waardoor breuk verschillende mechanismen kunnen worden geactiveerd of onderdrukt. Deze techniek zal leiden tot een beter begrip van de rol van de temperatuur in dynamische belasting scenario&#39;s.

<table><tbody><tr><td>1,550 nm CW Laser</td><td>NKT Photonics</td><td>Koheras Adjustik</td><td>x 2</td></tr><tr><td>1,550 nm Power Amplifier</td><td>NKT Photonics</td><td>Koheras Boostik HPA</td><td></td></tr><tr><td>Delay Generators</td><td>Quantum Composers</td><td>9500+ Digital Delay Pulse Generator</td><td>8 output versie</td></tr><tr><td>Stanford Research Systems</td><td>DG535 Digital Delay Generator</td><td></td><td></td></tr><tr><td>16 Channel Digitiser</td><td>Agilent Technologies</td><td>U1056B Chassis + 4 X U1063A Digitiser</td><td></td></tr><tr><td>High Bandwidth Oscilloscopes</td><td>Teledyne LeCroy</td><td>WaveMaster 816Zi-A</td><td>Expansion Velocity, Gen 3 PDV</td></tr><tr><td>Tektronix</td><td>DPO71604C</td><td>Projectile Velocity, Gen 1 PDV</td><td></td></tr><tr><td>High Speed Imaging Systems</td><td>Vision Research</td><td>Phantom v16.10</td><td></td></tr><tr><td>Invisible Vision</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 Prime Lens</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 Telephoto Lens</td><td></td></tr><tr><td>Flash Lamp</td><td>Bowens</td><td>Gemini Pro 1500 W</td><td>x 2</td></tr><tr><td>PDV Probe</td><td>Laser 2000</td><td>LPF-04-1550-9/125-S-21.5-100-4.5AS-60-3A-3-3</td><td>x 4 (op maat gemaakt)</td></tr><tr><td>PDV System</td><td>Gemaakt in-house door het Institute of Shock Physics</td><td>Op maat gemaakt</td><td>3rd Generatie (Upshifted) 8 kanaals draagbaar PDV systeem</td></tr><tr><td>Control Software</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 2013</td><td></td></tr><tr><td>Control Hardware voor verwarming</td><td>National Instruments</td><td>NI-DAQ 6009 USB</td><td></td></tr><tr><td>Verwarming voeding</td><td>BK Precision</td><td>BK1900</td><td></td></tr><tr><td>Thermokoppel logger</td><td>Pico Technology</td><td>TC-08</td><td></td></tr><tr><td>100 mm Single Stage Light Gas Gun</td><td>Physics Applications, Inc. (PAI)</td><td>Op maat gemaakt</td><td>Capabel voor ten minste 1.000 m/sec met ~2 kg projectiel</td></tr><tr><td>Beeldanalyse software</td><td>National Institutes of Health</td><td>ImageJ</td><td>Open source, gratis</td></tr><tr><td>Beeldanalyse software</td><td>Mathworks</td><td>MATLAB r2014a</td><td>Met beeldverwerkings toolboxes</td></tr><tr><td>Materiaal snijzaag</td><td>Struers</td><td>Accutom-50</td><td></td></tr><tr><td>Elektronenmicroscoop</td><td>Zeiss</td><td>Auriga</td><td></td></tr><tr><td>Elektronen Backscatter Diffractie</td><td>Bruker</td><td>e-Flash 1000</td><td></td></tr><tr><td>EBSD software</td><td>Bruker</td><td>eSprit</td><td></td></tr></tbody></table>

een methode voor het bestuderen van de temperatuur afhankelijkheid van dynamic fracture en fragmentatie

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

De dynamische breuk van een lichaam is een late fase fenomeen meestal bestudeerd onder vereenvoudigde voorwaarden, waarin een monster wordt vervormd onder uniforme stress en spanning tarief. Dit kan worden verkregen door gelijkmatig laden van het binnenoppervlak van een cilinder. Door de axiale symmetrie, terwijl de cilinder breidt de wand is geplaatst in een trekkracht hoepelspanning die gelijkmatig rond de omtrek. Hoewel er verschillende technieken om deze expansie te genereren zoals explosieven, elektromagnetische aandrijving, en bestaande gas gun technieken ze allemaal beperkt in het feit dat het monster fles moet op kamertemperatuur. We presenteren een nieuwe methode met behulp van een gas pistool dat experimenten faciliteert op cilinders van 150 K tot 800 K met een consistente, herhaalbare laden. Deze zeer gediagnosticeerd experimenten worden gebruikt om het effect van temperatuur op de breuk mechanismen verantwoordelijk voor falen, en de resulterende invloed op fragmentatie statistische onderzoeken. Het experimentele gebruik van een geometriestaal ogive zich binnen het doel cilinder en het uiteinde ligt ongeveer halverwege in. Een enkele stap licht gas pistool wordt vervolgens gebruikt om een polycarbonaat projectiel in de cilinder lancering op 1.000 m / sec -1. Het projectiel effecten en stroomt rond de stijve ogive, het besturen van de steekproef cilinder van binnenuit. Het gebruik van een vormvaste ogive insert kunnen we temperatuurbeheersing hardware te installeren in de achterzijde van de cilinder. Vloeibare stikstof (LN 2) wordt gebruikt voor het koelen en een resistieve hoge stroom voor verwarming. Meerdere kanalen upshifted photon Doppler velocimetry (PDV) volgen de expansie snelheid langs de cilinder waardoor directe vergelijking met computersimulaties, terwijl High speed beeldvorming wordt gebruikt om de spanning te mislukken meten. De teruggewonnen cylinder fragmenten zijn ook onderworpen aan optische en elektronenmicroscopie het faalmechanisme bepalen.

De kwaliteit van de gegevens beginnen bepaald door de experimentele timing. Als de vertraging van de trekker om de impact correct zijn dan de flitslampen zal produceren genoeg licht wanneer het doel cilinder begint te vervormen, waardoor de high speed camera&#39;s om duidelijke beelden te produceren. In dit geval is de beelden van de camera framing een duidelijk afgetekend rand die kan worden gebruikt om de vervorming van het gehele kettingspanners hebben. Software zoals ImageJ kunnen worden voor het afzuigen lineout ge...

Fractuur en fragmentatie zijn laatstadiumverschijnselen in dynamische belastingscenario's en worden meestal bestudeerd met behulp van explosieven. We presenteren een techniek voor het aansturen van expansie met behulp van een gaskanon die uniek de controle van zowel de belastingsnelheid als de monstertemperatuur mogelijk maakt.

Een methode voor het bestuderen van de temperatuur afhankelijkheid van Dynamic Fracture en Fragmentatie

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

Het doel van het volgende experiment is om een methode te ontwikkelen voor het bestuderen van de dynamische breuk en fragmentatie van een materiaal onder een hoge rekingsnelheid en trekbelasting voor een reeks initiële monstertemperaturen. Dit wordt bereikt met een door een gasgeweer aangedreven expanderende cilindergeometrie, waarbij het monster de vorm heeft van een holle cilinder met daarin een stalen O-ringvormige inzet, wat dient als het temperatuurregelapparaat. Als tweede stap wordt de doelcilinder parallel aan het uiteinde van de loop van het gasgeweer gemonteerd, en worden lasergebaseerde symmetrie-diagnostieken geïnstalleerd om de expansiesnelheid op verschillende punten langs de cilinder te meten, terwijl hogesnelheidsbeeldvorming wordt gebruikt om de initiatie en groei van breuken te volgen.Vervolgens wordt de cilinder gebracht naar de gewenste temperatuur en wordt het polycarbonaatprojectiel in het doelwit geschoten. De resulterende impact tussen het projectiel en de OJ-inzet zorgt ervoor dat het polycarbonaat naar buiten stroomt, waardoor de cilinder een uniforme radiale expansie ondergaat, wat een trekspanningstoestand in de omtrekrichting creëert. De vela-symmetrie en hoge-snelheidsbeelden kunnen vervolgens worden gebruikt om de vervormingsbreuk en fragmentatiekenmerken van het materiaal in relatie tot de temperatuur te bepalen, samen met fragmentanalyse om de fractuurmechanismen vast te stellen.Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van andere bestaande methoden, zoals de klassieke wintertechniek of het gebruik van explosieven of trek-split Hopkinson-staven, is dat we het effect van de initiële monstertemperatuur kunnen bestuderen zonder experimentele factoren zoals de belasting of de vervormingssnelheid in het monster te beïnvloeden. Begin de voorbereidingen voor het experiment met een cilinderdoelwit verspanen uit de titaniumlegering titanium, 6% aluminium, 4% vanadium gewichtspercentage of Ti-6Al-4V. De cilinder is 150 millimeter lang met een binnendiameter van 50 millimeter en een wanddikte van vier millimeter.De oppervlakteafwerking moet vrij zijn van bewerkingssporen en licht diffuus worden gelaten voor gebruik met foton-doppler velocimetrie; ga vervolgens over tot het bevestigen van de thermokoppels langs de cilinder. Begin met het assembleren van het target. Plaats eerst de OJ-inzet aan de achterzijde van de cilinder en zet deze vast met de kettingschroeven.Plaats vervolgens de cilinder en de O-ringenset in de montagehuls. Zet deze vast met stelschroeven. Installeer op dit punt het verwarmings- of koelapparaat.Plaats voor dit experiment een micro-resistieve belasting in de achterzijde van de O-jive insert. Hier is de uiteindelijke assemblage met de thermokoppels om de temperatuur langs de cilinder te kunnen meten en de probes om de symmetrie hier te controleren. De uiteindelijke targetassemblage wordt naast het projectiel van het gasgeweer getoond ter vergelijking.Nadat de probe-connectoren zijn gereinigd, worden de probes ruwweg uitgelijnd met een zichtbare laser; gebruik hiervoor onze 660 nanometer laser door een probe op de cilinder voor een bij benadering normale uitlijning. Pas de probe aan totdat het gereflecteerde licht terugvalt op de probe. Ga vervolgens over tot een nauwkeurigere uitlijning met behulp van een 1.550 nanometer laser en een optische circulator.Om de hoeveelheid verzameld gereflecteerd licht te meten, stelt u elke probe in tot de maximale waarde is bereikt. Zodra het doelwit gereed is, begint u met het werk met het gasgeweer. Plaats een nauwkeurig bewerkte uitlijningsplug in het uiteinde van de loop.Installeer vervolgens de doelmontage over de stop en stel de doelhouder zo bij dat de cilinder is uitgelijnd. Coaxiaal met de loop. Nadat het doel is uitgelijnd, worden de verwarmingsspoel aan de hoogstroomkabels en de optische vezels aan het photon Doppler Vela symmetry-systeem verbonden.Keer terug naar de loop om een trigger voor de timingapparatuur te installeren. Plaats een triggerpaar aan het uiteinde van de loop zodanig dat een projectiel bij het verlaten van de loop een circuit voltooit. Meet vervolgens de afstand van de trigger tot het punt van impact op de O jive om een schatting van de impacttijd mogelijk te maken.Stel op dit punt het hoge-snelheidcamerasysteem in. Gebruik spiegels om beelden via de optische poort van het gasgeweer door te geleiden. Plaats flitslampen zodanig dat ze op de cilinder zijn gericht vanuit de voorkant en van bovenaf.Plaats een hogesnelheidscamera buiten de doeltank, uitgelijnd en gefocust op de cilinder. De cilinder moet het beeld bijna volledig vullen, waarbij voldoende ruimte moet blijven voor de uitzetting van de cilinder. Wanneer alles gereed is, dienen de passende veiligheidsmaatregelen voor de lasers in het foton-doppler-vela-symmetriesysteem te worden genomen.Zet vervolgens het vela symmetry-systeem en de oscilloscopen aan en controleer de vela symmetry. Controleer de vermogensniveaus en de uitlijning van de probes. Gebruik daarna een infraroodkijkaart om de afstand te bepalen van de achterzijde van de cilinder tot het punt waar de vela symmetry-probes zijn gefocust.Zet de referentielaser in om het signaal voor elk kanaal te controleren. Stel de zero velocity beat in op vijf gigahertz. Verwijder na een laatste test van alle diagnostische functies de uitlijningsplug en sluit de tank.Plaats het projectiel en bereid het afvuren voor door de targettank te evacueren tot ongeveer 50 milli to en de timinghardware zo in te stellen dat de high-speed imaging en de oscilloscoop actief zijn. Zorg dat tijd nul samenvalt met het geschatte tijdstip van impact. Schakel de lasers in en activeer de diagnostische systemen voordat u de ruimte afsluit en naar de controlekamer gaat.Vanuit de controlekamer. Begin met het verhitten van het doelwit tot de gewenste temperatuur. Zodra de temperatuur is bereikt, wordt het pistool geladen tot de gewenste afvuurdruk.Zodra de afvuurdruk is bereikt, wordt er een laatste controle uitgevoerd. Schakel de voeding van de verwarming uit. Start een aftelling en vuur af: 3, 2, 1.Buig na het afvuren het gasgeweer en sla de cameragegevens op terwijl het geweer terugkeert naar atmosferische druk. Wanneer het veilig is om verder te gaan, keer terug naar de kamer met het geweer, schakel de laser uit en sla de oscilloscoopgegevens op. Ga verder door de targettank te openen om de fragmenten te verzamelen.Het puin zal bestaan uit Tie six four en andere metaalfragmenten. Verwijder alle metaalfragmenten uit de tank voor latere extractie en analyse van tie six four. Deze highspeedvideo toont een titaniumlegeringscilinder bij 150 K. De snelheid van het projectiel was 1000 meters per seconde.De framingcamera legde elke 10 microseconden één beeld vast met een belichtingstijd van 0,7 microseconden. De Botone Doppler vela-symmetrie leverde de gegevens voor deze grafiek, waarin de expansiesnelheid als functie van de tijd wordt weergegeven. De twee doorgetrokken lijnen hebben betrekking op de cilinder van 150 K.De zwarte curve is voor de pro-positie. Nabij de punt van de O jive is de rode curve voor een punt verder naar achteren langs de O jive. Ter vergelijking geven de gestippelde curves gegevens voor een cilinder bij 800 K. Opnieuw bevindt de zwarte curve zich bij de punt van de O jive en de rode curve verder naar achteren.De genoemde cilinder vertoont minder vertraging na de pieksnelheid, wat suggereert dat de breuk eerder is geïnitieerd. Hier komen de effen gekleurde curven overeen met de radiale rek die is opgebouwd op vier punten langs de lengte van de cilinder die bij 150 K is gehouden. De stippen en de verbindende stippellijn geven het aantal zichtbare scheuren weer, gebruikmakend van de as rechts. Deze beelden uit de hogesnelheidsvideo maken het mogelijk om informatie te verzamelen over de temporele activering van de breuk.Hier zijn meerdere longitudinale breuken zichtbaar in de 150 K cilinder na het volgen van de hier gepresenteerde procedures, zoals de high-speed imaging en de snelheidsmetingen. Een zorgvuldige analyse van de teruggewonnen fragmenten kan de breukmechanismen onthullen die in het monster optreden en verantwoordelijk zijn voor de fragmentatie.

a-method-for-studying-temperature-dependence-dynamic-fracture

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Presenteren we experimenten in die echte nucleaire brandstof, gevelbekledingen, en insluiting materialen zijn laser verwarmd tot een temperatuur boven 3000 K terwijl hun gedrag wordt bestudeerd door straling spectroscopie en thermische analyse. Deze experimenten simuleren, op de laboratoriumschaal van een, de vorming van een lava-fase na een kernreactor kern kernsmelting.

Laser-verwarming en Spectrometrie van de Radiance voor de studie van nucleair materiaal in omstandigheden simuleren een ongeval kerncentrale

In dit manuscript presenteren wij een protocol ter test dode foetussen proximale dijbenen breuk in een zijwaartse val op de hip configuratie met behulp van de geïnstrumenteerde armaturen gemonteerd op een standaard servo-hydraulische frame. Negen gedigitaliseerde signalen, bestaande uit troepen, momenten, en verplaatsing samen met twee hoge snelheid video-streams zijn verkregen tijdens het testen.

Methode en geïnstrumenteerde meubilair voor femurfractuur testen in een zijwaartse val-over-the-Hip-positie

In dit protocol, worden het dijbeen oppervlakte stammen geschat tijdens fractuur testen met behulp van de digitale afbeelding correlatie techniek. De nieuwigheid van de methode gaat om toepassing van een hoog contrast stochastische spikkel patroon op het dijbeen oppervlak, zorgvuldig opgegeven verlichting, hoge snelheid video-opname en digitale beeldanalyse correlatie voor stam berekeningen.

Een methode voor het schatten van dode foetussen dijbeen corticale stammen tijdens fractuur testen met behulp van digitale beeld correlatie

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.

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

Hier presenteren we een protocol om te beschrijven van ex situ en in situ onderzoeken van structurele transformaties in metalen bril. Wij dienst nucleaire gebaseerde analysemethoden die hyperfine interacties keuren. We tonen de toepasselijkheid van Mössbauer spectrometrie en nucleaire voorwaartse verstrooiing van synchrotronstraling tijdens temperatuur gestuurde experimenten.

Methoden van Ex Situ en In Situ onderzoeken van structurele transformaties: het geval van kristallisatie van metalen bril

Het doel van het protocol is voor het optimaliseren van de fractuur generatie parameters zodanig dat deze consistent fracturen. Dit protocol is verantwoordelijk voor de variaties in bot grootte en morfologie die zich tussen de dieren voordoen kan. Bovendien, wordt een kosteneffectieve, verstelbare fractuur-apparaat beschreven.

Fractuur apparatuur ontwerp en protocolverbetering voor gesloten-gestabiliseerde fracturen bij knaagdieren

Microstructurally kleine vermoeidheid spleet groei gedrag wordt onderzocht met behulp van een nieuwe methodologische benadering combineren spleet groei meting en stam-veld analyse te onthullen het veld Cumulatieve vervorming op niveau van de sub graan.

Full-veld stam metingen voor Microstructurally kleine vermoeidheid kraken Propagation digitaal beeld correlatie methode

Dit protocol demonstreert hoe een Briket monster voor te bereiden en een uniaxiaal compressie experiment uit te voeren met een Briket in verschillende co2 -drukken met behulp van een gevisualiseerd en constant volume-gasmassief koppelings testsysteem. Het is ook bedoeld om veranderingen te onderzoeken in termen van de fysische en mechanische eigenschappen van kolen, geïnduceerd door CO2 -adsorptie.

Een Uniaxiaal compressie-experiment met CO2-dragende kolen met behulp van een gevisualiseerd en constant volume-Gasmassief koppelings testsysteem

In deze studie wordt een protocol gepresenteerd dat het gebruik van mechanoluminescent (ML) visualisatie beschrijft voor het monitoren van scheurvoortplanting en mechanisch gedrag tijdens het testen van lijmvoegevaluatie.

Mechanoluminescente visualisatie van scheurvoortplanting voor gezamenlijke evaluatie

Y-vormig snijden meet breukrelevante lengteschalen en energieën in zachte materialen. Eerdere apparaten waren ontworpen voor tafelmetingen. Dit protocol beschrijft de fabricage en het gebruik van een apparaat dat de opstelling horizontaal oriënteert en de fijne positioneringsmogelijkheden biedt die nodig zijn voor in situ-weergave , plus faalkwantificering, via een optische microscoop.

Uitvoeren van microscoop gemonteerde Y-vormige snijtests

Leer een methode voor het bestuderen van dynamische breuk en fragmentatie bij hoge reknelheden en variërende temperaturen met een gasgeweer en laserdiagnostiek.

Een methode voor het bestuderen van de temperatuur afhankelijkheid van Dynamic Fracture en Fragmentatie

Meer video's verkennen