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

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.