Name: Przeprowadzanie eksperymentów z uderzeniami w płytę ciśnieniowo-ścinającą w podwyższonej temperaturze za pomocą systemu nagrzewnicy Sabot po stronie zamka (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-07T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 52 s
Description: Poznaj metodę badań uderzeniowych w podwyższonej temperaturze z wykorzystaniem nagrzewnicy Sabot po stronie zamka. Technika ta umożliwia charakteryzację dynamicznego oporu ścinania metali przy różnych ciśnieniach i temperaturach.

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

Autorzy pragną podziękować za finansowe wsparcie Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych za pośrednictwem Stewardship Science Academic Alliance DOE/NNSA (DE-NA0001989 i DE-NA0002919) w prowadzeniu tych badań. Na koniec autorzy chcieliby podziękować Los Alamos National Lab za współpracę na rzecz kontynuowania wysiłków w obecnych i przyszłych badaniach.

1. Przygotowanie próbki i materiału docelowego
UWAGA: W poniższym protokole szczegółowo opiszemy kroki niezbędne do przygotowania próbki i materiałów docelowych, które zostaną później wykorzystane w eksperymencie z odwróconą geometrią normalnego uderzenia płyty. W tej konfiguracji tabliczka ulotkowa (również próbka), umieszczona z przodu sabotu, zostanie wystrzelona za pomocą jednostopniowego pistoletu gazowego i uderzy w nieruchomą płytę celowniczą umieszczoną w komorze celowniczej pistoletu gazowego. Typowy zespół ulotki i tarczy celowniczej opisany w poniższym protokole jest pokazany schematycznie w Rysunek 1.
<ol>
	<li>Przekrój pręta z polikrystalicznego aluminium o czystości 99,999% na dyski, które później zostaną wykorzystane jako płytki ulotkowe (próbki). 
	UWAGA: Można to zrobić za pomocą piły wolnoobrotowej, aby zapobiec wysokim temperaturom i naprężeniom szczątkowym w obrabianym przedmiocie.</li>
	<li>Tarcze próbek należy obrócić i obrócić na tokarce do średnicy 76 mm i grubości 5,6 mm.</li>
	<li>Wywierć trzy równomiernie rozmieszczone otwory o średnicy 5 mm w pogrubionym okręgu o średnicy 62 mm na dyskach z próbkami, które później posłużą do przymocowania próbek do sabotu.</li>
	<li>Zmielić obie strony płytek próbek, aby uzyskać tolerancję płaskości i równoległości wynoszącą prawie 10 μm na średnicy próbek.
	<ol>
		<li>Wykonać zgrubne zakładkowanie na powierzchniach płytki próbki za pomocą komercyjnej maszyny do docierania o stosunkowo grubych cząstkach (10 - 20 μm). 
		UWAGA: Na tym etapie można dodawać obciążnik, aż docierane powierzchnie osiągną równomierny matowy szary, wskazując jednorodność na całej średnicy dysku.</li>
		<li>Ostrożnie oczyść docierane próbki za pomocą etanolu w celu usunięcia wszelkich pozostałości cząstek i oleju mineralnego. Następnie wypoleruj obie powierzchnie płytek próbek za pomocą pasty diamentowej o grubości 1 μm na ściereczce polerskiej.</li>
		<li>Sprawdź płaskość próbek, obserwując pasma światła przez płaszczyznę optyczną stykającą się z powierzchnią będącą przedmiotem zainteresowania pod zielonym monochromatycznym źródłem światła16. 
		UWAGA: Płaskość można określić ilościowo, obserwując krzywiznę jasnych pasm na powierzchni próbki lub zliczając liczbę pasm na średnicy, jak pokazano na <silna klasa="xfig">Rysunek 2.
		<ol>
			<li>Przejść do następnego kroku, jeśli na średnicy próbki widoczne są 3 lub mniej pasm światła, co wskazuje na płaskość około 2 μm. W przeciwnym razie powtarzaj kroki 1.4.1 - 1.4.3, aż do uzyskania 3 lub więcej jasnych pasm.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Powtórz kroki 1.1 - 1.3, aby wyprodukować płyty docelowe. Przeciąć pręt ze stopu utwardzanego wydzieleniowo (o wysokiej wytrzymałości) (tabela materiałów) na krążki, a następnie obrobić je do średnicy 25 mm i grubości 7 mm. Na koniec zmielić obie strony płasko do około 10 μm.
	<ol>
		<li>Docierać obie powierzchnie tarcz docelowych na docierarce za pomocą proszku tlenku glinu o grubości 15 μm w oleju mineralnym, aż powierzchnie uzyskają równomierny matowy szary wygląd. 
		UWAGA: Można użyć równoważnej wielkości cząstek zawiesiny diamentowej, aby osiągnąć szybsze tempo usuwania i lepszą odblaskową powierzchnię. Dodatkowo można użyć obciążników.</li>
		<li>Powtórz krok 1.4.2.</li>
		<li>Sprawdź płaskość tabliczek docelowych, powtarzając krok 1.4.3. Jeśli zaobserwuje się 1 pasmo świetlne lub lepsze, przejdź do następnego kroku. W przeciwnym razie powtarzaj kroki 1.4.1 - 1.4.3, aż do uzyskania 1 pasma światła lub lepszego. Jeśli konieczne są siatki holograficzne, przejdź do kroku 1.5.4, w przeciwnym razie przejdź do kroku 1.6.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zastosuj podobną procedurę, jak opisano w krokach 1.1 - 1.3, aby wyprodukować aluminiowy pierścień.
	<ol>
		<li>Rurę aluminiową o średnicy zewnętrznej i wewnętrznej należy podzielić odpowiednio na pierścienie, a następnie skierować boki na grubość 7 mm.</li>
		<li>Wywierć sześć rowków o średnicy 3 mm rozmieszczonych w równych odstępach na kołku śrubowym o średnicy 34.5 mm. Później będą one wyposażone w sześć miedzianych pinów spolaryzowanych napięciem, które umożliwią wykonywanie pomiarów nachylenia przy uderzeniu.</li>
		<li>Szlifuj, docieraj, czyść i poleruj obie powierzchnie aluminiowych pierścieni, korzystając z procedur opisanych w kroku 1.4.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przyklej płaską płytkę celowniczą do aluminiowego pierścienia za pomocą dwuczęściowej mieszanki epoksydowej na płaskim zestawie zabezpieczającym, jak pokazano na <silna klasa = "xfig" > Rysunek 3. Pozostaw żywicę epoksydową do utwardzenia przez noc w temperaturze pokojowej. 
	UWAGA: Obie części są przymocowane do płaskiego stalowego stolika za pomocą trzech, które są delikatnie dokręcane ręcznie, tak aby nacisk wywierany na cel i pierścień zapobiegał wyciekaniu żywicy epoksydowej na zewnątrz.
	<ol>
		<li>Usuń resztki kleju z promieniowych szczelin lub z powierzchni płytek za pomocą acetonu.</li>
		<li>Włóż płytę docelową/aluminiowy pierścień do pierścienia POM. 
		UWAGA: Tarcza POM zostanie później zamontowana na uchwycie tarczy o obrotowych stopniach swobody, co pozwoli na wyrównanie badanych materiałów w lufie pistoletu.</li>
		<li>Zaznacz położenie sześciu promieniowych rowków na wewnętrznym stopniu pierścienia POM i wywierć sześć otworów o dużej grubości w zaznaczonych miejscach.</li>
		<li>Przekrój 6 miedzianych kołków ze szpuli emaliowanego drutu miedzianego 15 AWG o długości ~ 50 mm i usuń emaliowaną warstwę izolacyjną z dwóch z nich. Wciśnij kołki w szczeliny w symetryczny sposób: dwa kołki uziemiające są umieszczone w przeciwnych miejscach kołka. Wciśnij kołki przez szczeliny i pozostaw około 2 mm wystające na zewnątrz z powierzchni pierścienia. 
		UWAGA: Kołki służą do pomiaru kąta nachylenia i dostarczają sygnał spustowy.</li>
		<li>Przyklej wygięte końce miedzianych kołków do tylnej powierzchni pierścienia POM za pomocą bardzo szybkowiążącej żywicy epoksydowej.</li>
		<li>Użyj dwuskładnikowej mieszanki epoksydowej o niskiej lepkości, aby uszczelnić szczelinę między aluminiowym pierścieniem a wewnętrzną ścianką pierścienia POM. Pozostaw żywicę epoksydową do utwardzenia przez noc w temperaturze pokojowej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Usuń nadmiar 2 mm miedzianych kołków wystających z powierzchni aluminiowego pierścienia. Najpierw pokrój nadmiar kołków za pomocą narzędzia obrotowego, a następnie przeszlifuj pozostałą część do powierzchni za pomocą mokrego papieru ściernego o ziarnistości 300, aż kołki będą prawie równo z powierzchnią aluminiowego pierścienia.
	<ol>
		<li>Obierz, wyczyść i wypoleruj cały zespół, powtarzając kroki 1.4.1-1.4.3. Upewnij się, że cały docierany zespół jest płaski z dokładnością do 2-3 pasków świetlnych.</li>
		<li>końce sześciu miedzianych kołków na tylnej powierzchni pierścienia POM i zamontuj pierścień POM do uchwytu docelowego za pomocą czterech kołków POM o średnicy 6.35 mm.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Montaż niestandardowego Sabota żaroodpornego
<ol>
	<li>Zbierz elementy montażowe żaroodpornego sabotu, pokazane na Rysunek 4.</li>
	<li>Przymocuj oczkową na dolnym końcu aluminiowej nasadki i zabezpiecz pierścień uszczelniający o przekroju okrągłym oraz klucz PTFE w rowkach nasadki. 
	UWAGA: Klucz i O-ring służą do zapobiegania przechylaniu się i obracaniu sabotu podczas jego ruchu w dół lufy pistoletu.
	<ol>
		<li>Przeciągnij przewód termopary przez otwór w dolnej części nasadki i przymocuj przewód termopary do złącza.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przyklej nasadkę do tyłu, a w pełni wypaloną rurkę lawowo-krzemianową z tlenku glinu do przedniego końca aluminiowej rurki za pomocą dwuczęściowej szybkowiążącej żywicy epoksydowej.</li>
	<li>Przeciągnij sondę termopary przez otwór w uchwycie na próbkę ze stopu stali narzędziowej H13 o średnicy 76.2 mm.</li>
	<li>Przyklej uchwyt próbki H13 do przedniego końca rurki lawowej za pomocą cementu wysokotemperaturowego lub równoważnego kleju wysokotemperaturowego.</li>
	<li>Nałożyć cement wysokotemperaturowy wokół krążka lawy o średnicy 25 mm i grubości 3 mm umieszczonego na wierzchu wewnętrznego koncentrycznego otworu o średnicy 19 mm w uchwycie H13. Pozostaw cement o wysokiej temperaturze do wyschnięcia przez noc w temperaturze pokojowej.</li>
	<li>Przymocować próbkę do uchwytu próbki H13 za pomocą trzech z tlenku glinu i upewnić się, że płaskość próbki nie ulega zmianie, stosując protokół opisany w ppkt 1.4.3.</li>
</ol>
3. Montaż materiałów testowych w pistolecie gazowym
<ol>
	<li>Oczyść przednią powierzchnię próbki i celu alkoholem izopropylowym, a następnie użyj taśmy, aby przymocować lustra pierwszej powierzchni do powierzchni każdego z nich.</li>
	<li>Przykręć 3-osiowy stage ruchu do pręta wytłaczającego nad lufą pistoletu w komorze uderzeniowej i przymocuj uchwyt pryzmatu z precyzyjnym pryzmatem optycznym do stolika.</li>
	<li>Przeciągnij linę przez lufę pistoletu i przymocuj linę do sabotu za pomocą oczkowej na aluminiowej nasadce.</li>
	<li>Umieść sabot w lufie pistoletu z próbką skierowaną w stronę komory uderzeniowej i umieść zespół uchwytu tarczy w komorze celowniczej skierowanej w stronę próbki.</li>
	<li>Wyrównaj położenie celu, regulując cztery kołki pozycjonujące POM, aż lustro pierwszej powierzchni na celu zostanie wyrównane z lustrem pierwszej powierzchni na próbce.
	<ol>
		<li>Wykonaj zgrubne wyrównanie równoległości między próbką a płytkami docelowymi za pomocą dyfuzyjnej żarówki i lustra odblaskowego. Dostosuj stolik, aż ze wszystkich powierzchni pryzmatu wyrównującego będzie widoczny pojedynczy ciągły odbity obraz żarówki.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Użyj automatycznego kolimatora24, aby uzyskać dokładne wyrównanie.
	<ol>
		<li>Dostosuj stolik, aż odbity obraz krzyża od tylnej powierzchni pryzmatu zrówna się z obrazem odbitym od lustra pierwszej powierzchni na próbce.</li>
		<li>Wyreguluj zespół tarczy, obracając pozycjonujące na uchwycie tarczy, aż odbity obraz krzyża z tylnej powierzchni pryzmatu zrówna się z obrazem odbitym od lustra pierwszej powierzchni na tarczy.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Usuń lustra pierwszej powierzchni z próbki i celu. Wyjmij również lustro odblaskowe, pryzmat, uchwyt pryzmatu i stopień regulacji z komory uderzeniowej.</li>
	<li>Pociągnij sabot do końca zamka pistoletu gazowego za pomocą liny, a następnie zdejmij linkę z nasadki.</li>
	<li>Pozostawić ~ 2,5 mm odstępu między sabotem a głowicą grzałki i odpowiednio wyregulować długość zapobiegających ruchowi wstecznemu sabotu w kierunku zamka.</li>
	<li>Podłącz parę termiczną do monitora diagnostycznego temperatury. 
	UWAGA: Przewód pary termicznej na końcu monitora temperatury został wprowadzony do lufy przez rurę próżniową za pomocą przepustu.</li>
</ol>
4. Rozmieszczenie i wyrównanie diagnostyki laserowej
<ol>
	<li>Umieść dwie gwintowane kotwy w otworach z tyłu uchwytu sondy wyciągu okularowego. Dokręć dwie przez kotwy, aż dotrą do POM, aby umożliwić swobodną zmianę kąta padania wiązki.
	<ol>
		<li>Wywierć otwór o dużej grubości w dolnej części uchwytu sondy wyciągu okularowego i przymocuj go do gwintowanego magnesu cylindrycznego.</li>
		<li>Przeciągnij sondę wyciągu okularowego światłowodu przez aluminiową rurkę i przyklej sondę do aluminiowej rurki, nakładając bardzo szybko utrwaloną żywicę epoksydową wokół głowicy sondy i końcówki aluminiowej rurki. Wciśnij głowicę sondy jak najbardziej do przodu w tubus, ale upewnij się, że soczewka sondy nie jest dostępna z dala od żywicy epoksydowej. Poczekaj, aż bardzo szybko wiążąca żywica epoksydowa stwardnieje.</li>
		<li>Podłączyć wyciąg okularowy do całkowicie światłowodowego interferometru NDI/TDI31 i umieścić wyciąg okularowy na uchwycie tarczy, kierując się w stronę tylnej powierzchni tarczy.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Włącz laser, w tym przypadku laser sprzężony z włóknem erbowym o mocy 2 W, na 0,2-0,4 W. Następnie wyreguluj położenie sondy wyciągu okularowego za pomocą przymocowanych do zespołu wyciągu okularowego, aż do uzyskania prawidłowego sprzężenia światła i optymalizacji uzyskanego sygnału.</li>
	<li>Dostosuj sprzęgacz o zmiennym przełożeniu, aby dopasować go do intensywności światła odniesienia i światła przesuniętego dopplerowsko, aż sygnał wyświetlany w oscyloskopie zostanie zoptymalizowany. 
	UWAGA: Jeśli potrzebna jest diagnostyka ruchu poprzecznego, zapoznaj się z krokami 4.5 - 4.6.</li>
	<li>Umieść dwie gwintowane kotwy w otworach z tyłu uchwytu wyciągu okularowego POM, a następnie dokręć dwie przez kotwy, aż dotkną POM.
	<ol>
		<li>Wywierć otwór o dużej grubości w dolnej części uchwytu sondy wyciągu okularowego i przymocuj go do gwintowanego magnesu cylindrycznego.</li>
		<li>Przeciągnij sondę kolimatora światłowodowego przez aluminiową rurkę i przyklej sondę do aluminiowej rurki, nakładając wyjątkowo szybko wiążącą żywicę epoksydową wokół głowicy sondy i końcówki aluminiowej rurki. Wciśnij głowicę sondy jak najbardziej do przodu w tubus, ale upewnij się, że soczewka sondy nie jest dostępna z dala od żywicy epoksydowej. Poczekaj, aż bardzo szybko wiążąca żywica epoksydowa stwardnieje.</li>
		<li>Powtórz powyższe kroki w ppkt 4.4, aby wykonać dwa zespoły i umieścić je w komorze udarowej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Dostosuj pozycje i kąty odbierających kolimatorów światłowodowych za pomocą magnesu i dwóch na uchwycie POM, aż intensywność wiązek dyfrakcyjnych pierwszego rzędu mierzonych przez monitory mocy zostanie zoptymalizowana.</li>
	<li>Odłącz monitor zasilania i podłącz dwa kolimatory odbiorcze do interferometru TDI w całości światłowodowego31.</li>
</ol>
5. Wykonywanie eksperymentów z odwróconą geometrią w wysokiej temperaturze, normalną/ciśnieniowo-ścinającą płytą
<ol>
	<li>Zabezpiecz kołnierz główny, dokręcając cztery zaciski przy wejściu do komory uderzeniowej, a następnie zamknij komorę za pomocą folii poliestrowej przykręconej do kołnierza wtórnego.</li>
	<li>Zwiększyć ciśnienie uszczelnienia do ~207 kPa, a następnie zamknąć pistolet gazowy na końcu zamka, dokręcając w kołnierzu.</li>
	<li>Włącz pompę próżniową po stronie zamka, a następnie włącz docelową pompę próżniową po stronie komory.</li>
	<li>Upewnij się, że nie ma ruchu sabotu w kierunku komory spowodowanego różnicą ciśnień między przodem a tyłem sabotu. Poczekaj, aż komora zostanie opróżniona do ciśnienia poniżej 100 mTorr.</li>
	<li>Włącz sabotowy system pomiaru prędkości uderzenia oparty na amplitudzie lasera.</li>
	<li>Przesuń grzejnik w dół do zaznaczonej pozycji i włącz grzejnik. Zwiększać temperaturę grzałki w krokach co 100 °C, aż do osiągnięcia żądanej temperatury próbki.</li>
	<li>Zwiększyć ciśnienie w komorze zrzutowej wypalania do ~1103 kPa, a w komorze załadowczej do pożądanego poziomu w zależności od wybranej prędkości uderzenia. Przymocuj również łapacz sabotu do komory uderzeniowej.</li>
	<li>Wyłącz grzejnik i natychmiast przesuń grzejnik do góry w kierunku studzienki grzałki. Zapisz temperaturę wyświetlaną na monitorze diagnostycznym temperatury, mierzoną przez termoparę sabotową na powierzchni próbki.</li>
	<li>Natychmiast otwórz zawór uszczelniający i zwolnij komorę zrzutu wypalania, gdy ciśnienie uszczelnienia spadnie do zera.</li>
</ol>

<ol><li>Davies, R. M. <a target="_blank" href="http://rsta.royalsocietypublishing.org/content/240/821/375">A critical study of the Hopkinson pressure bar.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 240, 375-457 (1948).</li>
<li>Kolsky, H. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0370-1301/62/11/302/meta">An investigation of the mechanical properties of materials at very high rates of loading.</a> Proceedings of the Physical Society. Section B. 62, 676(1949).</li>
<li>Gilat, A., Cheng, C. -S. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF02327548">Torsional split Hopkinson bar tests at strain rates above 104s− 1.</a> Experimental Mechanics. 40, 54-59 (2000).</li>
<li>Harding, J., Wood, E., Campbell, J. <a target="_blank" href="http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1243/JMES_JOUR_1960_002_016_02">Tensile testing of materials at impact rates of strain.</a> Journal of Mechanical Engineering Science. 2, 88-96 (1960).</li>
<li>Clifton, R. J., Klopp, R. W. Pressure-shear plate impact testing. Metals handbook. 8, 230-239 (1985).</li>
<li>Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/321472396_Mechanical_Response_of_99999_Purity_Aluminum_Under_Dynamic_Uniaxial_Strain_and_Near_Melting_Temperatures">Mechanical Response of 99.999% Purity Aluminum Under Dynamic Uniaxial Strain and Near Melting Temperatures.</a> International Journal of Impact Engineering. 113, 180-190 (2017).</li>
<li>Wang, T., Zuanetti, B., Prakash, V. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s40870-017-0128-0">Shock Response of Commercial Purity Polycrystalline Magnesium Under Uniaxial Strain at Elevated Temperatures.</a> Journal of Dynamic Behavior of Materials. 3, 497-509 (2017).</li>
<li>Dike, S., Wang, T., Zuanetti, B., Prakash, V. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s40870-017-0130-6">Dynamic Uniaxial Compression of HSLA-65 Steel at Elevated Temperatures.</a> Journal of Dynamic Behavior of Materials. 3, 510-525 (2017).</li>
<li>Okada, M., Liou, N. -S., Prakash, V., Miyoshi, K. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/223284056_Tribology_of_high-speed_metal-on-metal_sliding_at_near-melt_and_fully-melt_interfacial_temperatures">Tribology of high speed metal-on-metal sliding at near-melt and fully-melt interfacial temperatures.</a> Wear. 249, 672-686 (2001).</li>
<li>Prakash, V., Clifton, R. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPrakash%2C+V+%22Fracture+Mechanics%3A+Twenty+Second+Symposium+%28vol.+1%29%22">Fracture Mechanics: Twenty Second Symposium (vol. 1)</a>. , Astm Special Technical Publication. (1992).</li>
<li>Prakash, V., Mehta, N. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pen.22190/abstract">Uniaxial Compression and Combined Compression-and-Shear Response of Amorphous Polycarbonate at High Loading Rates.</a> Polymer Engineering and Science. 52, 1217-1231 (2012).</li>
<li>Lee, Y., Prakash, V. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022509698000313">Dynamic fracture toughness versus crack-tip speed relationship at lower than room temperature for high strength 4340VAR structural steels.</a> Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 46, 1943-1967 (1998).</li>
<li>Lee, Y., Prakash, V. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/245057741_Dynamic_brittle_fracture_of_high_strength_structuralsteels_underconditions_of_plane_strain">Dynamic brittle fracture of high strength structural steels under conditions of plane strain.</a> International Journal of Solids and Structures. 36, 3293-3337 (1999).</li>
<li>Yuan, F., Prakash, V., Lewandowski, J. J. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167663609001902">Shear yield and flow behavior of a Zirconium-based bulk metallic glass.</a> Mechanics of Materials. 42, 248-255 (2010).</li>
<li>Shazly, M., Prakash, V., Draper, S. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0020768304002410">Mechanical behavior of Gamma-Met PX under uniaxial loading at elevated temperatures and high strain rates.</a> International Journal of Solids and Structures. 41, 6485-6503 (2004).</li>
<li>Klopp, R., Clifton, R., Shawki, T. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/016766368590033X">Pressure-shear impact and the dynamic viscoplastic response of metals.</a> Mechanics of Materials. 4, 375-385 (1985).</li>
<li>Arvidsson, T. E., Gupta, Y., Duvall, G. E. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.321423">Precursor decay in 1060 aluminum.</a> Journal of Applied Physics. 46, 4474-4478 (1975).</li>
<li>Gilat, A., Clifton, R. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022509685900158">Pressure-shear waves in 6061-T6 aluminum and alpha-titanium.</a> Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 33, 263-284 (1985).</li>
<li>Barker, L., Hollenbach, R. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1663148">Shock wave study of the α⇄ε phase transition in iron.</a> Journal of Applied Physics. 45, 4872-4887 (1974).</li>
<li>Shazly, M., Prakash, V. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.3000465">Shock response of a gamma titanium aluminide.</a> Journal of Applied Physics. 104, 083513(2008).</li>
<li>Yuan, F., Prakash, V., Lewandowski, J. J. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-materials-research/article/spall-strength-and-hugoniot-elastic-limit-of-a-zirconium-based-bulk-metallic-glass-under-planar-shock-compression/132532F8CA901CE393B3A892FDDB6121">Spall strength and Hugoniot elastic limit of a Zirconium-based bulk metallic glass under planar shock compression.</a> Journal of Materials Research. 22, 402-411 (2007).</li>
<li>Yuan, F. P., Prakash, V., Lewandowski, J. J. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167663609000271">Spall strength of a zirconium-based bulk metallic glass under shock-induced compress ion-and-shear loading.</a> Mechanics of Materials. 41, 886-897 (2009).</li>
<li>Prakash, V. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF02317542">A pressure-shear plate impact experiment for investigating transient friction.</a> Experimental Mechanics. 35, 329-336 (1995).</li>
<li>Kumar, P., Clifton, R. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.323734">Optical alignment of impact faces for plate impact experiments.</a> Journal of Applied Physics. 48, 1366-1367 (1977).</li>
<li>Prakash, V. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10402009808983738">Time-resolved friction with applications to high speed machining: experimental observations.</a> Tribology Transactions. 41, 189-198 (1998).</li>
<li>Frutschy, K., Clifton, R. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF02321654">High-temperature pressure-shear plate impact experiments using pure tungsten carbide impactors.</a> Experimental mechanics. 38, 116-125 (1998).</li>
<li>Frutschy, K., Clifton, R. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022509698000556">High-temperature pressure-shear plate impact experiments on OFHC copper.</a> Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 46, 1723-1744 (1998).</li>
<li>Zaretsky, E., Kanel, G. I. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4755792">Effect of temperature, strain, and strain rate on the flow stress of aluminum under shock-wave compression.</a> Journal of Applied Physics. 112, 073504(2012).</li>
<li>Grunschel, S. E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGrunschel%2C+SE+%22Pressure-shear+plate+impact+experiments+on+high-purity+aluminum+at+temperatures+approaching+melt%22">Pressure-shear plate impact experiments on high-purity aluminum at temperatures approaching melt</a>. , Brown University. (2009).</li>
<li>Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s40870-017-0095-5">A Novel Approach for Plate Impact Experiments to Determine the Dynamic Behavior of Materials Under Extreme Conditions.</a> Journal of Dynamic Behavior of Materials. 3, 64-75 (2017).</li>
<li>Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+compact+fiber+optics-based+heterodyne+combined+normal+and+transverse+displacement+interferometer%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">A compact fiber optics-based heterodyne combined normal and transverse displacement interferometer.</a> Review of Scientific Instruments. 88, 033108(2017).</li>
<li>Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/profile/Bryan_Zuanetti/publication/321472396_Mechanical_Response_of_99999_Purity_Aluminum_Under_Dynamic_Uniaxial_Strain_and_Near_Melting_Temperatures/links/5a3be3f3458515f7ea52e2d7/Mechanical-Response-of-99999-Purity-Aluminum-Under-Dynamic-Uniaxial-Strain-and-Near-Melting-Temperatures.pdf?origin=publication_list">Mechanical response of 99.999% purity aluminum under dynamic uniaxial strain and near melting temperatures.</a> International Journal of Impact Engineering. 113, 180-190 (2018).</li>
<li>Duffy, T. S., Ahrens, T. J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/94JB02065/abstract">Compressional sound velocity, equation of state, and constitutive response of shock-compressed magnesium oxide.</a> Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 100, 529-542 (1995).</li>
<li>Tan, Y., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4792755">Hugoniot and sound velocity measurements of bismuth in the range of 11-70 GPa.</a> Journal of Applied Physics. 113, 093509(2013).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Metoda i protokół przedstawione powyżej szczegółowo opisywały procedurę prawidłowego przeprowadzenia eksperymentu z odwróconą geometrią normalnego uderzenia płyty w podwyższonych temperaturach. W ramach tego podejścia dokonujemy niestandardowych modyfikacji lufy pistoletu na końcu wysokiego ciśnienia (zamka) istniejącego pistoletu gazowego na Uniwersytecie Case Western Reserve, aby pomieścić rezystancyjną cewkę grzejną o osiowych i obrotowych stopniach swobody. System rezystancyjnej cewki grzewczej umożliwia podgrzanie c...

W zastosowaniach inżynieryjnych, materiały są poddawane różnorodnym warunkom, które mogą być statyczne lub dynamiczne, w połączeniu z wysokimi poziomami deformacji i temperaturami od pokojowego do bliskiego temperatury topnienia. W tych ekstremach termomechanicznych zachowanie materiału może się drastycznie różnić; W związku z tym, w ciągu prawie stu lat, opracowano kilka eksperymentów mających na celu zbadanie dynamicznej reakcji i/lub innych cech zachowania materiału w kontrolowanych reżimach obciążenia1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14. W przypadku metali obciążonych z niskimi i średnimi prędkościami odkształcania (10-6-10 0 /s) do badania reakcji materiału poddanego różnym trybom obciążenia i poziomom odkształcenia zastosowano serwohydrauliczne lub precyzyjne maszyny wytrzymałościowe do. Ale gdy zastosowane szybkości odkształcania rosną powyżej pośrednich szybkości odkształcania (tj. >102/s), konieczne stają się inne techniki eksperymentalne w celu zbadania odpowiedzi mechanicznej. Na przykład przy szybkościach obciążenia od 103/s do 5 × 104/s pełnowymiarowe lub zminiaturyzowane pręty ciśnieniowe Split-Hopkinson umożliwiają wykonanie takich pomiarów8,15.
Tradycyjnie, eksperymenty z lekkimi pistoletami gazowymi i/lub eksplozywnie napędzanymi płytami były wykorzystywane do badania dynamicznej nieelastyczności i innych zjawisk, takich jak spalacja lub przemiana fazowa, które występują przy bardzo wysokich szybkościach odkształcania (105-10 7/s)16,17,18,19,20,21,22, czyli kombinacje wysokich ciśnień i dynamicznego obciążenia. Zwyczajowo, eksperymenty z uderzeniami w płyty polegają na wystrzeleniu płyty ulotkowej przenoszonej przez sabot początkowo na końcu zamka pistoletu gazowego, która następnie przemieszcza się w dół lufy pistoletu i jest zmuszana do zderzenia ze starannie ustawioną nieruchomą płytą celowniczą w komorze uderzeniowej. W wyniku uderzenia na granicy faz ulotka/tarcza generowane są normalne i/lub połączone naprężenia ciśnieniowe i ścinające, które przemieszczają się przez wymiary przestrzenne płyt jako podłużne i/lub połączone podłużne i poprzeczne fale naprężeń. Docieranie tych fal do tylnej powierzchni tarczy celowniczej wpływa na chwilową prędkość cząstek na powierzchni swobodnej tarczy docelowej, która jest zwykle monitorowana za pomocą technik interferometrycznych. Aby umożliwić interpretację zmierzonej prędkości cząstek w funkcji historii w czasie, konieczne jest, aby fale płaskie z czołem równoległym do powierzchni uderzenia były generowane przy uderzeniu14,23. Aby zapewnić to pierwsze, uderzenie musi nastąpić przy kącie nachylenia uderzenia mniejszym niż jeden miliradian12,24, przy powierzchniach uderzenia o płaskości lepszej niż kilka mikrometrów5,25.
Eksperymenty z uderzeniami płyt zostały dostosowane do elementów grzejnych, które umożliwiają badanie zachowania materiału aż do ekstremów termomechanicznych26,27,28,29. Adaptacje te zwykle polegają na dodaniu cewki indukcyjnej lub rezystancyjnego elementu grzejnego do docelowego końca pistoletu gazowego; Chociaż wykazano, że adaptacje te są eksperymentalnie wykonalne, podejście to z natury prowadzi do szczególnych wyzwań eksperymentalnych, które wymagają starannego rozważenia. Niektóre z tych eksperymentalnych komplikacji obejmują różnicową rozszerzalność cieplną różnych składników zespołu uchwytu tarczy i/lub uchwytu wyrównującego podczas podgrzewania płytki docelowej (próbki), co wymaga regulacji wyrównania w czasie rzeczywistym, zwykle wykonywanych za pomocą zdalnie sterowanych narzędzi do wyrównywania z ciągłym sprzężeniem zwrotnym w celu utrzymania kluczowej tolerancji równoległości między próbką a płytą docelową. W przypadku schematu eksperymentalnego uderzenia płyty ciśnieniowo-ścinającej, podgrzewanie próbki wymaga zastąpienia konwencjonalnych siatek polimerowych kratami metalowymi odpornymi na wysokie temperatury w celu monitorowania poprzecznej prędkości cząstek na swobodnej powierzchni płytki docelowej. Co więcej, podgrzanie próbki może spowodować dodatkowe ograniczenia prędkości uderzenia, które można zastosować w niektórych schematach eksperymentalnych, takich jak konfiguracja udarności płyty o wysokim współczynniku odkształcania o połączonym ciśnieniu i ścinaniu, gdzie mogą być wymagane specjalne względy, aby zapobiec jednoznacznej interpretacji wyników eksperymentalnych, które są obliczane na podstawie impedancji akustycznej przedniej i tylnej tarczy docelowej, która może być zależna od temperatury. Wreszcie, w przypadku innych schematów eksperymentalnych, które wymagają płytki docelowej z oknem optycznym, tolerancje między próbką, warstwą wiązania i/lub powłokami stają się coraz trudniejsze do utrzymania w wysokich temperaturach19.
Aby złagodzić wyżej wymienione wyzwania eksperymentalne, dokonaliśmy niestandardowych adaptacji do istniejącego jednostopniowego pistoletu gazowego znajdującego się na Case Western Reserve University (CWRU)7,30,31,32. Modyfikacje te umożliwiają podgrzanie cienkich próbek metalowych trzymanych na przednim końcu żaroodpornego sabotu do temperatury przekraczającej 1000 °C przed wypaleniem, co pozwala na przeprowadzenie eksperymentów z uderzeniem w płytę ciśnieniową w wysokiej temperaturze i/lub kombinowanej. W przeciwieństwie do większości konwencjonalnych podejść stosowanych do badań zderzeń płyt o podwyższonej temperaturze, wykazano, że metoda ta łagodzi kilka wyzwań eksperymentalnych opisanych powyżej. Na przykład, podejście to zostało wykorzystane do uzyskania kątów nachylenia mniejszych niż jeden miliradian bez konieczności zdalnej regulacji nachylenia30 lub dodatkowych elementów optycznych do monitorowania zmian nachylenia podczas eksperymentu. Po drugie, ponieważ płyta docelowa pozostaje w temperaturze otoczenia, metoda ta nie wymaga stosowania specjalnych odpornych na wysokie temperatury siatek holograficznych do pomiaru prędkości poprzecznych cząstek w eksperymentach z ukośnymi uderzeniami; Dodatkowo, wyższe prędkości uderzenia mogą być wykorzystane bez ryzyka uzyskania płytki docelowej, a tym samym zmniejszyć złożoność interpretacji wyników eksperymentalnych. Należy dodać, że podejście to można wykorzystać do przeprowadzania eksperymentów z odwróconą geometrią płyty w wysokiej temperaturze, które zapewniają relacje Us-Up dla wybranego materiału próbki. Można je uzyskać za pomocą technik dopasowywania impedancji lub dodatkowo analizy wentylatora rozrzedzającego z tylnej powierzchni próbki, który przenosi informacje dotyczące zmian prędkości uderzenia próbki podczas rozładunku33,34. W konfiguracji udarności płyty ciśnieniowo-ścinającej o podwyższonej temperaturze, podejście to umożliwia badanie dynamicznej nieelastyczności cienkich warstw do szerokiego zakresu temperatur i odkształceń plastycznych oraz szybkości odkształceń do 107/s w zależności od grubości cienkiej próbki16,27,29.
Przedstawimy protokoły niezbędne do przeprowadzenia typowego eksperymentu z uderzeniem w płytę o podwyższonej temperaturze, omówionego powyżej. Następnie zostanie poświęcona reprezentatywnym wynikom uzyskanym przy użyciu niniejszej techniki. Na koniec przed wnioskami zostanie przedstawiona dyskusja na temat wyników.

<table><tbody><tr><td>99,999% czystości handlowej polikrystaliczne aluminium</td><td>Goodfellow</td><td>AL007970</td><td>Materiał na tabliczkę ulotki (próbka)</td></tr><tr><td>Stal narzędziowa H13</td><td>Centrum Produkcyjne CWRU</td><td>NIE DOTYCZY</td><td>Materiał na uchwyt próbki</td></tr><tr><td>Leczenie roztworem i starzenie Stop Inconel 718</td><td>Metale wysokotemperaturowe</td><td>Nie dotyczy</td> (<td>1,005 / 1,015)" Dia x 24 ", Materiał na tabliczkę docelową</td></tr><tr><td>Fotorezystor S1805</td><td>MicroChem</td><td>N/A</td><td>Materiał fotorezystu do siatki holograficznej</td></tr><tr><td>Developer CD-26</td><td>MicroChem</td><td>N/A</td><td>Developer do fotorezystu do siatki holograficznej</td></tr><tr><td>Rura aluminiowa 6063</td><td>McMaster-Carr</td><td>4568T19</td><td>Materiał na pierścień w zespole docelowym</td></tr><tr><td>Delrin (R) Pręt z żywicy acetalowej (średnica 4-1/2")</td><td>McMaster-Carr</td><td>8576K81</td><td>Materiał na uchwyt Delrin w zespole tarczowym</td></tr><tr><td>Biały pręt z żywicy acetalowej Delrin (R) (średnica 1/4")</td><td>McMaster-Carr</td><td>8572K51</td><td>Materiał na kołki Delrin w zespole docelowym</td></tr><tr><td>Rura aluminiowa 6061</td><td>McMaster-Carr</td><td>9056K24</td><td>Materiał na korpus w zespole pocisku</td></tr><tr><td>Pręt aluminiowy 6061</td><td>McMaster-Carr</td><td>8974K88</td><td>Materiał na nasadkę w zespole pocisku</td></tr><tr><td>Arkusz teflonowy</td><td>McMaster-Carr</td><td>8711K98</td><td>Materiał na klucz</td></tr><tr><td>LAVA-FF - tlenek glinu Tarcza silikatowa</td><td>Produkty techniczne</td><td>CWR-033116-1</td><td></td></tr><tr><td>LAVA-FF - Rurka z tlenku glinu</td><td>Produkty techniczne</td><td>ALR11515</td><td></td></tr><tr><td>Śruba z rowkowym z tlenku glinu</td><td>Ceramco</td><td>A83200PANSLT0.500</td><td></td></tr><tr><td>409 N70 O-ring Buna-N</td><td>Sklep z o-ringami</td><td>B70409</td><td></td></tr><tr><td>Klej Loctite Hysol 9412</td><td>Loctite</td><td>83107</td><td></td></tr><tr><td>High Cementy temperaturowe</td><td>OMEGA Engineering</td><td>OB-300</td><td></td></tr><tr><td>Bardzo szybkowiążąca żywica epoksydowa</td><td>Ellsworth</td><td>4001</td><td></td></tr><tr><td>Arkusz Mylar</td><td>McMaster-Carr</td><td>8567K94</td><td></td></tr></tbody></table>

przeprowadzanie eksperymentów z uderzeniami w płytę ciśnieniowo-ścinającą w podwyższonej temperaturze za pomocą systemu nagrzewnicy sabot po stronie zamka

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

Przedstawiono nowatorskie podejście do przeprowadzania normalnych i/lub kombinowanych eksperymentów z uderzeniami płyt ciśnieniowo-ścinających w temperaturach testowych do 1000 °C. Metoda ta umożliwia eksperymenty z uderzeniami płyt w podwyższonej temperaturze, mające na celu zbadanie dynamicznego zachowania materiałów w ekstremalnych warunkach termomechanicznych, przy jednoczesnym złagodzeniu kilku specjalnych wyzwań eksperymentalnych napotykanych podczas wykonywania podobnych eksperymentów przy użyciu konwencjonalnego podejścia uderzeniowego płyty. Na końcu zamka jednostopniowego pistoletu gazowego na Uniwersytecie Case Western Reserve dokonywane są niestandardowe adaptacje; Adaptacje te obejmują precyzyjnie obrobiony element przedłużający wykonany ze stali SAE 4340, który jest strategicznie zaprojektowany, aby pasował do istniejącej lufy pistoletu, zapewniając jednocześnie wysoką tolerancję dopasowania do otworu i rowka wpustowego. Przedłużka zawiera pionową cylindryczną studnię grzejną, w której znajduje się zespół grzałki. Rezystancyjna głowica grzewcza z cewką, zdolna do osiągania temperatur do 1200 °C, jest przymocowana do pionowego trzpienia o osiowych/obrotowych stopniach swobody; Umożliwia to równomierne podgrzewanie cienkich próbek metalu umieszczonych na przednim końcu żaroodpornego sabotu na całej średnicy do żądanych temperatur testowych. Poprzez podgrzanie płytki ulotki (w tym przypadku próbki) na końcu zamka lufy pistoletu zamiast na końcu tarczy, można uniknąć kilku krytycznych wyzwań eksperymentalnych. Należą do nich: 1) poważne zmiany w ustawieniu tarczy celowniczej podczas nagrzewania spowodowane rozszerzalnością cieplną kilku składników zespołu uchwytu tarczy; 2) wyzwania wynikające z tego, że elementy diagnostyczne (tj. polimerowe siatki holograficzne i sondy optyczne) znajdują się zbyt blisko podgrzewanego zespołu docelowego; 3) wyzwania, które pojawiają się w przypadku płytek docelowych z oknem optycznym, gdzie kluczowe tolerancje między próbką, warstwą wiązania i okienkiem stają się coraz trudniejsze do utrzymania w wysokich temperaturach; 4) w przypadku połączonych doświadczeń z uderzeniami płyt ściskano-ścinających, potrzeba zastosowania odpornych na wysokie temperatury siatek dyfrakcyjnych do pomiaru poprzecznej prędkości cząstek na swobodnej powierzchni tarczy; oraz 5) ograniczenia nałożone na prędkość uderzenia niezbędne do jednoznacznej interpretacji zmierzonej swobodnej prędkości powierzchniowej w funkcji profilu czasowego ze względu na zmiękczenie termiczne i możliwe uginanie się ograniczających płyt docelowych. Wykorzystując wyżej wymienione adaptacje, przedstawiamy wyniki serii eksperymentów z odwróconą geometrią normalnego uderzenia płyty na aluminium o czystości komercyjnej w zakresie temperatur próbki. Eksperymenty te pokazują malejące prędkości cząstek w stanie zderzenia, co wskazuje na mięknienie materiału (spadek naprężenia przepływu po plastyczności) wraz ze wzrostem temperatury próbki.

Do przeprowadzenia niniejszych eksperymentów wykorzystano jednostopniową armatę gazową w CWRU o średnicy otworu 82,5 mm i długości 6 m, zdolną do przyspieszania pocisków o masie 0,8 kg do prędkości do 700 m/s. Rycina 5 przedstawia zdjęcie zmodyfikowanego urządzenia armaty gazowej w CWRU. Przed wystrzałem specjalnie zaprojektowany pocisk pomocniczy (sabot) znajduje się w przedłużeniu grzejnika, pokazanym na Rycini 6. Przedłużenie ...

Tutaj prezentujemy szczegółowy protokół nowego podejścia do przeprowadzania podwyższonej temperatury, odwrotnego normalnego uderzenia płyty, oraz połączonego uderzenia płyty ciśnieniowej i ścinającej. Podejście to polega na zastosowaniu grzałki cewki rezystancyjnej po stronie zamka w celu podgrzania próbki trzymanej na początku żaroodpornego sabotu do żądanej temperatury.

Przeprowadzanie eksperymentów z uderzeniami w płytę ciśnieniowo-ścinającą w podwyższonej temperaturze za pomocą systemu nagrzewnicy Sabot po stronie zamka

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

Bardzo interesującym pytaniem jest: W jaki sposób dynamiczna odporność metali na ścinanie reaguje na zmiany ciśnienia i zastosowanych prędkości odkształcania? Na to ważne pytanie w dziedzinie dynamicznej charakterystyki materiałów i inne można odpowiedzieć za pomocą tej techniki, która również łagodzi kilka źródeł zmienności eksperymentalnej, które są obecne w konwencjonalnym podejściu. Chociaż metoda ta została opracowana przede wszystkim do badań odporności materiałów na ściskanie i/lub ścinanie w wysokich temperaturach, może być również stosowana do badań takich jak poślizg dynamiczny i odpryski.Pistolet gazowy w Case Western Reserve University jest jednostopniowy, o długości sześciu metrów i otworze 82,5 milimetra. W jednej z sekcji znajduje się niestandardowa modyfikacja pistoletu na potrzeby tego eksperymentu. Modyfikacje są przedstawione na tym schemacie.System grzewczy współpracuje z istniejącą lufą pistoletu, dzięki czemu próbka znajdująca się z przodu niestandardowego żaroodpornego sabotu może zostać podgrzana do żądanej temperatury przekraczającej 1000 stopni Celsjusza. Dodatkowe modyfikacje znajdują się na końcu komory docelowej. Tam fotoniczna sonda prędkościomierza dopplerowskiego precyzyjnie mierzy prędkość tylnej powierzchni tarczy celowniczej.Sygnały diagnostyczne spustu i pochylenia pochodzą z kołków spolaryzowanych napięciem na przedniej powierzchni tarczy celowniczej. Pierwszym krokiem jest utworzenie próbki i celu eksperymentu. Próbki należy tworzyć przy użyciu polikrystalicznego aluminium o wysokiej czystości.Równomiernie rozmieszczone otwory służą do zabezpieczania próbki. Teraz sprawdź płaskość powierzchni. Umieść próbkę w kontakcie z płaską powierzchnią optyczną, a następnie umieść obie próbki pod zielonym monochromatycznym źródłem światła.Obserwuj pasma światła, które są zakrzywione i rozmieszczone w zależności od cech powierzchni. Powierzchnia jest wystarczająco płaska, jeśli widoczne są trzy lub mniej pasm światła w poprzek średnicy próbki. Eksperyment wymaga również tarczy celowniczej i aluminiowego pierścienia.Wykonaj płytki docelowe z pręta ze stopu utwardzanego wydzieleniowo. Odetnij pierścień od aluminiowej rurki i wywierć w nim sześć równo rozmieszczonych szczelin przed polerowaniem. Złóż płytkę celowniczą i aluminiowy pierścień razem, aby uzyskać podobny zespół.Następnie zamontuj zespół na pierścieniu uchwytu tarczy. Po zakończeniu montaż będzie zawierał miedziane kołki do podłączenia do obwodu diagnostycznego spustu i przechyłu. Zamontuj pierścień na uchwycie tarczy.Zbierz elementy żaroodpornego sabotu. Należą do nich uchwyt próbki, próbka i z tlenku glinu. Zawiera również rurkę ze skały lawowej z tlenku glinu i krzemianu glinu oraz aluminiową rurę korpusu z nasadką.Teraz pracuj z czapką. Nasadka posiada oczkową. Jego rowki posiadają uszczelkę O-ring i klucz PTFE.Przeprowadź drut termopary przez jego spód. Użyj żywicy epoksydowej, aby przykleić nasadkę do tylnej części aluminiowej rurki. Z przodu aluminiowej rurki epoksydowej znajduje się rura ze skały lawowej.Przeciągnij drut termopary od nasadki przez rurki do uchwytu próbki i przyklej uchwyt próbki do rurki lawowej. Po wyschnięciu cementu przymocuj próbkę do uchwytu próbki za pomocą z tlenku glinu. Przed przystąpieniem do dalszych czynności należy upewnić się, że płaskość przedniej powierzchni próbki nie uległa zmianie.Teraz rozpocznij pracę z pistoletem gazowym w komorze uderzeniowej. Zamontuj trzyosiowy stopień ruchu na pręcie nad lufą pistoletu. Przymocuj do stolika uchwyt pryzmatu z precyzyjnym pryzmatem do wyrównywania optycznego.Następnie przyklej pierwsze lustro powierzchniowe na płytce próbki. Następnie ustawić sabot i lufę pistoletu tak, aby próbka była skierowana na zewnątrz. W komorze celowniczej umieść pierwsze lustro powierzchniowe na tarczy i umieść zespół uchwytu tarczy na miejscu.Ostrożnie obróć pryzmat tak, aby znalazł się między tarczą a płytkami próbki i ich lustrami. Użyj rozproszonej żarówki, aby wykonać zgrubne wyrównanie płyt. Dostosuj stolik, aby uzyskać pojedynczy, ciągły odbity obraz żarówki ze wszystkich powierzchni pryzmatu.Kontynuuj, aby uzyskać dokładne wyrównanie za pomocą automatycznego kolimatora. Dokręć wszystkie pozycjonujące na uchwycie celu i wyjmij stage ruchu, pryzmat i lustra. Przesunąć sabot do zamka pistoletu gazowego i podłączyć termoparę do monitora temperatury.W tym momencie ustaw prędkościomierz dopplerowski. Wymaga to światłowodowej sondy wyciągowej umieszczonej w aluminiowej tubie. Podłączyć wyciąg okularowy do całkowicie światłowodowego interferometru NDI TDI.Teraz zabierz zespół wyciągu okularowego do uchwytu tarczowego. Ten znajduje się poza komorą docelową w celu demonstracji. Użyj dołączonej ilości z tyłu, aby podeprzeć wyciąg okularowy.Skieruj wyciąg okularowy na tylną powierzchnię tarczy. Włącz laser i wyreguluj położenie sondy wyciągu okularowego za pomocą na zespole wyciągu okularowego. Zatrzymaj się po osiągnięciu odpowiedniego sprzężenia światła i optymalizacji sygnału.Dostosuj sprzęgacz o zmiennym przełożeniu, aby dopasować go do intensywności światła odniesienia i przesuniętego dopplera, aby zoptymalizować sygnał. Po zakończeniu przygotowań należy uszczelnić komorę celowniczą zamka i opróżnić lufę pistoletu do temperatury mniejszej niż 100 militorrów. Ustaw grzejnik na miejscu i włącz go.Zwiększ jego temperaturę w krokach co 100 stopni Celsjusza, aby osiągnąć żądaną temperaturę próbki. Zwiększ ciśnienie w komorach zrzutowych i załadowczych. Pamiętaj również, aby przymocować łapacz sabotu do komory uderzeniowej.Gdy wszystko jest na swoim miejscu, wyłącz grzejnik i natychmiast przesuń go w górę w kierunku studzienki grzejnika. Zapisać temperaturę termopary na powierzchni próbki. Stąd kontynuuj normalną sekwencję strzelania.Jest to przykład zarejestrowanego napięcia w funkcji czasu podczas typowego eksperymentu z normalnym uderzeniem płytki o odwróconej geometrii. Czerwona ścieżka to sygnał wyzwalający z pinów opartych na napięciu. Różnica między czasami wyzwolenia pierwszego i ostatniego kołka pozwala oszacować maksymalne pochylenie przy uderzeniu.Fala podłużna dociera do tylnej powierzchni. Sygnał jest wynikiem normalnej diagnostyki ruchu swobodnej powierzchni za pomocą prędkościomierza dopplerowskiego fotonowego. Wykres ten przedstawia swobodną normalną prędkość powierzchniową dla różnych temperatur.Symbole danych zmieniają kolor z czarnego na czerwony, reprezentując najniższą i najcieplejszą początkową temperaturę próbki. Początkowy gwałtowny wzrost jest związany z naprężeniem próbki aluminium na jej styku z celem w miarę ewolucji wstrząsu. Plateau wynika z dopasowania impedancji między próbką a celem.Należy zauważyć, że najwyższa swobodna prędkość powierzchniowa wiąże się z najniższą temperaturą, a prędkości maleją wraz ze wzrostem temperatury. Sugeruje to możliwe termiczne zmiękczenie próbki w różnych warunkach badania. Bardziej interesujący wynik można zobaczyć na rysunku 16, który pokazuje normalny ślad prędkości cząstek na wolnej powierzchni uzyskany z eksperymentów z odwróconą geometrią uderzenia w płytkę przeprowadzoną na komercyjnym polikrystalicznym magnezie o czystości.Wyniki wskazują na monotonicznie malejące prędkości cząstek na płaskowyżu uderzeniowym wraz ze wzrostem temperatur w zakresie od 23 do 610 stopni Celsjusza. Jednak przy temperaturach powyżej tego poziomu, tj. 617 i 630 stopni Celsjusza, wyraźnie można zaobserwować odwrócenie tego trendu. Ten wzrost prędkości cząstek sugeruje wzrost impedancji uderzeniowej materiału próbki.Ponadto, zakładając, że stałe sprężystości materiału zmniejszają się w funkcji wzrostu temperatury, wzrost impedancji uderzeniowej w tym przypadku sugeruje wzrost granicy plastyczności i/lub modułu plastyczności materiału próbki. Można zauważyć, że wzrostowi prędkości cząstek na plateau uderzeniowym towarzyszy wzrost poziomów prędkości cząstek podczas początkowego wzrostu śladu prędkości cząstek, co koreluje z poziomami naprężeń granicy faz docelowej próbki podczas początkowej plastyczności materiału próbki. Rysunek 17 przedstawia mikrofotografie przekrojów poprzecznych powierzchni uderzenia próbek potestowych.Obrazy pokazują dwa zauważalne efekty dla mikrostruktury w wyniku wzrostu temperatury. Pierwszym z nich jest dojrzewanie ziarna wraz ze wzrostem temperatury próbki. Zdjęcia pokazują również zmianę w formacjach dwupasmowych.Uważnie przyglądając się obrazom odpowiadającym temperaturom w zakresie od 23 do 500 stopni Celsjusza, obserwuje się wyraźne zmniejszenie podwójnych pasm wraz ze wzrostem temperatury. Jednak w wyższych temperaturach, tj. 610, 617 i 630 stopni Celsjusza, obserwuje się ponowne pojawienie się tych bliźniaczych pasm, co sugeruje, że tworzenie się podwójnych pasm jest korzystne na drugim końcu tego zakresu temperatur. Jeśli materiały testowe są już złożone, po opanowaniu tej techniki można wykonać w ciągu około pięciu do sześciu godzin.Podejmując się tej procedury, należy pamiętać o zachowaniu należytej staranności w przygotowaniu materiałów próbki, tak aby tolerancje płaskości i równoległości mogły być odpowiednio spełnione. Zgodnie z tą procedurą można również zastosować podobne metody, takie jak uderzenie w płytę ukośną i uderzenie w płytę ścinającą, które umożliwiają badanie dynamicznego zachowania materiału przy różnych prędkościach i trybach obciążenia. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przeprowadzić eksperyment z uderzeniem w płytę o podwyższonej temperaturze, co pozwala złagodzić kilka wyzwań eksperymentalnych obecnych w konwencjonalnym podejściu.

conducting-elevated-temperature-normal-combined-pressure-shear-plate

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opisane tutaj eksperymenty z wysokim ciśnieniem i wysoką temperaturą naśladują procesy różnicowania wnętrza planet. Procesy są wizualizowane i lepiej rozumiane dzięki obrazowaniu 3D o wysokiej rozdzielczości i ilościowej analizie chemicznej.

Symulacja procesów różnicowania wnętrza planety w laboratorium

Pękanie i fragmentacja są zjawiskami późnego stadium w scenariuszach dynamicznego ładowania i są zazwyczaj badane przy użyciu materiałów wybuchowych. Przedstawiamy technikę napędzania rozprężania za pomocą pistoletu gazowego, która w unikalny sposób umożliwia kontrolę zarówno szybkości ładowania, jak i temperatury próbki.

Metoda badania zależności dynamicznego pękania i fragmentacji od temperatury

Przedstawiamy procedurę określania podziału pierwiastków syderofilnych na metalowo-krzemianowe, kładąc nacisk na techniki hamujące powstawanie inkluzji metali w eksperymentach dla metali szlachetnych. Wyniki tych eksperymentów są wykorzystywane do wykazania wpływu tworzenia się jądra na wysoce syderofilny skład pierwiastkowy płaszcza.

Podział metalowo-krzemianowy pod wysokim ciśnieniem i temperaturą: metody eksperymentalne i protokół tłumienia wtrąceń pierwiastków wysoce syderofilnych

Ten protokół szczegółowo opisuje użycie prętów ciśnieniowych Hopkinsona do pomiaru odbitego obciążenia wybuchem od zdarzeń wybuchowych w bliskim polu. Jest zdolny do interpolacji historii ciśnienia i czasu w dowolnym punkcie na granicy odbicia i jako taki może być wykorzystany do pełnego scharakteryzowania przestrzennych i czasowych zmian wytwarzanego obciążenia.

Kwantyfikacja strumienia za pomocą prętów ciśnieniowych Hopkinsona

Ten protokół proponuje nowatorski dwuosiowy system testowy używany na jednoosiowej maszynie do prób rozciągania z ogrzewaniem oporowym w celu określenia schematu granicznego formowania (FLD) blach w warunkach tłoczenia na gorąco.

Nowatorska dwuosiowa aparatura badawcza do wyznaczania granicy formowania w warunkach tłoczenia na gorąco

Zrozumienie, w jaki sposób komórki są modulowane przez ekspozycję na fale uderzeniowe, może pomóc w zidentyfikowaniu mechanizmów stojących za urazami wywołanymi przez wybuch. Protokół ten wykorzystuje specjalnie skonstruowane rurki uderzeniowe do przykładania fal uderzeniowych o różnym ciśnieniu do monowarstw komórek i identyfikowania ich późniejszego wpływu na żywotność komórek.

Ocena pierwotnych efektów wybuchu in vitro

Deformacja skały musi być określona ilościowo przy wysokim ciśnieniu. Opis procedury przeprowadzania eksperymentów z deformacją w nowo zaprojektowanym aparacie typu Griggsa w ośrodku stałym jest podany tutaj. Stanowi to podstawę technologiczną dla przyszłych badań reologicznych przy ciśnieniach do 5 GPa.

Eksperyment z deformacją pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze przy użyciu aparatury typu Griggsa nowej generacji

Tutaj prezentujemy protokół do jednoczesnego badania łatwopalności i efektywności spalania świeżej i zwietrzałej ropy naftowej w warunkach, które symulują operacje spalania in situ na morzu.

Procedura doświadczalna dla badań laboratoryjnych spalania in situ: palność i efektywność spalania ropy naftowej

Tutaj prezentujemy eksperymentalną metodę rozdzielania współzależnej siły Coriolisa i wyporu obrotowego na rozkłady wymiany ciepła w pełnym polu obracającego się kanału.

Rozprzęganie wpływu siły Coriolisa i wirującego wyporu na właściwości wymiany ciepła w pełnym polu obracającego się kanału

Przedstawiamy protokół dla testu powolnego gotowania na skalę laboratoryjną dla stałych materiałów pędnych rakietowych, zwany testem Analizy Szybkości Spalania Wolno Podgrzewanego Paliwa (CRASH-P). Zamknięte materiały pędne rakietowe są powoli podgrzewane aż do samozapłonu, a zarówno temperatura gotowania, jak i gwałtowność reakcji są mierzone za pomocą dynamicznych czujników ciśnienia.

Badanie powolnego gotowania materiałów pędnych rakietowych w skali laboratoryjnej: analiza szybkości spalania w teście wolno nagrzewającego się paliwa (CRASH-P)

Poznaj metodę badań uderzeniowych w podwyższonej temperaturze z wykorzystaniem nagrzewnicy Sabot po stronie zamka. Technika ta umożliwia charakteryzację dynamicznego oporu ścinania metali przy różnych ciśnieniach i temperaturach.

Przeprowadzanie eksperymentów z uderzeniami w płytę ciśnieniowo-ścinającą w podwyższonej temperaturze za pomocą systemu nagrzewnicy Sabot po stronie zamka (Wideo) | JoVE Journal

Przeprowadzanie eksperymentów z uderzeniami w płytę ciśnieniowo-ścinającą w podwyższonej temperaturze za pomocą systemu nagrzewnicy Sabot po stronie zamka

Przeglądaj więcej filmów