Um Método de Estudar a dependência da temperatura da fratura dinâmica e fragmentação

O objetivo do presente experimento é desenvolver um método para estudar a fratura dinâmica e a fragmentação de um material sob alta taxa de deformação, carga de tração para uma faixa de temperaturas iniciais da amostra. Isso é conseguido com uma geometria de cilindro expansível acionada por pistola de gás, onde a amostra assume a forma de um cilindro oco contendo uma inserção em forma de aço O jive, que é o aparelho de controle de temperatura. Como segundo passo, o cilindro alvo é então montado aliado ao final do cano da pistola de gás, e os diagnósticos de simetria v baseados em laser são instalados para medir a velocidade de expansão em vários pontos ao longo do cilindro e a imagem de alta velocidade é usada para rastrear fratura, iniciação e crescimento.

Em seguida, o cilindro é levado à temperatura desejada e o projétil de policarbonato é lançado no alvo. O impacto resultante entre o projétil e o inserto OJ faz com que o policarbonato flua para fora, levando o cilindro a uma expansão radial uniforme, o que cria um estado de tensão de tração em torno da direção circunferencial. A simetria da vela e a imagem de alta velocidade podem então ser usadas para determinar as características de falha de deformação e fragmentação do material com a temperatura, juntamente com a análise de fragmentos para determinar os mecanismos de fratura.

A principal vantagem desta técnica sobre outros métodos existentes, como a técnica clássica de inverno ou o uso de explosivos ou Hopkins e barras de tração dividida, para que possamos estudar o efeito da temperatura inicial da amostra sem afetar fatores experimentais, como a carga ou a taxa de deformação na amostra. Comece os preparativos para o experimento com um cilindro alvo usinado a partir da liga de titânio titânio, 6% de alumínio, 4% de porcentagem de vanádio em peso ou amarre seis quatro. O cilindro tem 150 milímetros de comprimento com um diâmetro interno de 50 milímetros e uma espessura de parede de quatro milímetros.

O acabamento da superfície deve estar livre de marcas de usinagem e deixado ligeiramente difuso para uso Com a simetria de vela doppler de fótons, prossiga para unir termopares ao longo do cilindro. Comece a montar o alvo. Primeiro coloque o inserto OJ na parte traseira do cilindro e fixe-o no lugar com os parafusos de apoio.

Em seguida, coloque o cilindro e o conjunto O jive na luva de montagem. Prenda-o com parafusos sem cabeça. Neste ponto, instale o aparelho de aquecimento ou resfriamento.

Para este experimento, coloque uma carga resistiva de micrómeo na parte traseira do inserto O jive. Aqui está a montagem final com os termopares para permitir a medição da temperatura ao longo do cilindro e as sondas comprovam a simetria aqui. O conjunto final do alvo é mostrado ao lado do projétil da arma de gás para comparação.

Depois de limpar os conectores da sonda, alinhe aproximadamente as sondas com um laser visível, nosso laser de 660 nanômetros passa por uma sonda e entra no cilindro para um alinhamento aproximadamente normal. Ajuste a sonda até que a luz refletida caia de volta na sonda. Prossiga para um alinhamento mais completo usando um laser de 1.550 nanômetros e um circulador óptico.

Para medir a quantidade de luz refletida coletada, ajuste cada sonda até que o valor máximo seja alcançado. Quando o alvo estiver pronto, comece a trabalhar com a pistola de gás. Coloque um plugue de alinhamento cuidadosamente usinado dentro da extremidade do cano.

Em seguida, instale o conjunto alvo sobre o plugue e ajuste o suporte alvo até que o cilindro esteja alinhado. Coaxialmente com o cano. Com o alvo alinhado, conecte a serpentina de aquecimento aos cabos de alta corrente e as fibras ópticas ao sistema de simetria Doppler Vela de fótons.

Retorne ao cano para instalar um gatilho para o hardware de temporização. Coloque um par de gatilhos no final do cano, de modo que um projétil complete um circuito ao sair do cano. Em seguida, meça a distância do gatilho ao ponto de impacto no O jive para permitir uma estimativa do tempo de impacto.

Neste ponto, configure o sistema de imagem de alta velocidade. Use espelhos para transmitir imagens através da porta óptica da pistola de gás. Coloque as pistolas de flash para apontar para o cilindro pela frente e por cima.

Monte uma câmera de alta velocidade fora do tanque alvo alinhada e focada no cilindro. O cilindro deve quase preencher o quadro, deixando espaço para a expansão do cilindro. Quando tudo estiver em ordem, tome as devidas precauções de segurança para os lasers no sistema de simetria de vela doppler de fótons.

Em seguida, ligue o sistema de simetria vela e os osciloscópios e verifique a simetria vela. Níveis de potência e alinhamento da sonda. Em seguida, use um cartão de visualização infravermelho para determinar a distância da parte traseira do cilindro até onde as sondas de simetria vela estão focadas.

Ligue o laser de referência para verificar o sinal para cada canal. Defina a batida de velocidade zero para cinco gigahertz. Após um teste final de todos os diagnósticos, remova o bujão de alinhamento e feche o tanque.

Instale o projétil e prepare-se para disparar evacuando o tanque alvo para cerca de 50 mili e configurando o hardware de temporização para ter imagens e osciloscópio de alta velocidade. O tempo zero coincide com o tempo estimado de impacto. Ligue os lasers e arme o diagnóstico antes de proteger a sala e ir para a sala de controle.

Da sala de controle. Comece a aquecer o alvo até a temperatura desejada. Quando a temperatura for atingida, carregue a pistola até a pressão de disparo desejada.

Quando estiver na pressão de disparo, faça uma verificação final. Desligue a fonte de alimentação de aquecimento. Prossiga com uma contagem regressiva e dispare 3, 2, 1.

Após o disparo, dobre a pistola de gás, salve os dados da câmera enquanto a pistola retorna à pressão atmosférica. Quando for seguro prosseguir, volte para a sala de armas, desligue o laser e salve os dados do osciloscópio. Continue abrindo o tanque alvo para coletar os detritos. Escombros.

Os destroços consistirão em Tie seis, quatro e outros fragmentos de metal. Remova todos os fragmentos metálicos do tanque para posterior extração e análise do tie six four. Este vídeo de alta velocidade é de um cilindro de liga de titânio a 150 K. A velocidade do projétil era de 1000 metros por segundo.

A câmera de enquadramento coletou uma imagem a cada 10 microssegundos com uma exposição de 0,7 microssegundos. A simetria da vela Doppler do botone forneceu os dados para este gráfico, que fornece a velocidade de expansão em função do tempo. As duas curvas sólidas são para o cilindro de 150 K.

A curva preta é para a posição profissional. Mais ou menos na ponta do O jive, a curva vermelha é para um ponto mais atrás ao longo do O jive. Para comparação, as curvas pontilhadas fornecem dados para um cilindro a 800 K. Novamente, a curva preta está na ponta O jive e a curva vermelha está mais atrás.

O cilindro chamado tem menos desaceleração após o pico de velocidade, sugerindo fratura iniciada anteriormente. Aqui, as curvas de cores sólidas correspondem à deformação radial acumulada em quatro pontos ao longo do comprimento do cilindro mantido em 150 K. Os pontos e a linha pontilhada de conexão são o número de rachaduras visíveis usando o eixo à direita. Bem, essas imagens do vídeo de alta velocidade permitem coletar informações sobre a ativação temporal da fratura.

Aqui, múltiplas fraturas longitudinais são evidentes no cilindro de 150 K Seguindo os procedimentos que apresentamos aqui, como a imagem de alta velocidade e as medições de velocidade. A análise cuidadosa dos fragmentos recuperados pode revelar os mecanismos de fratura que ocorrem na amostra responsável pela fragmentação.