Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

En metode til at studere temperaturafhængighed Dynamic Fracture og fragmentering

Published: June 28, 2015 doi: 10.3791/52463

Abstract

Den dynamiske brud på et legeme er en sen-fase fænomenet typisk studeret under forenklede forhold, hvor en prøve deformeret under ensartet stress og belastning sats. Dette kan fremstilles ved jævnt lastning den indre overflade af en cylinder. På grund af den aksiale symmetri, som cylinderen udvider væggen er anbragt i en trækstyrke hoop stress, der er ensartet omkring periferien. Mens der er forskellige teknikker til at danne denne ekspansion såsom sprængstoffer, elektromagnetiske drev, og eksisterende gas pistol teknikker, de er alle begrænset i det faktum, at prøven flasken skal være ved stuetemperatur. Vi præsenterer en ny metode ved hjælp af en gas pistol, der letter eksperimenter på cylindre fra 150 K til 800 K med en konsekvent, gentagelig belastning. Disse meget diagnosticeret eksperimenter bruges til at undersøge effekten af ​​temperatur på bruddet mekanismer, der er ansvarlige for manglende, og deres deraf følgende indflydelse på fragmentering statistik. Den eksperimentelle geometri anvender enstål ogive placeret inde i målet cylinderen med spidsen placeret omkring halvvejs i. En enkelt fase let gas pistol anvendes derefter til at starte et polycarbonat projektil ind i cylinderen ved 1.000 m / sek -1. Projektilet virkninger og strømmer omkring den stive spidsen, kørsel prøvecylinderen indefra. Anvendelsen af ​​en ikke-deformerende ogive insert giver os mulighed for at installere temperaturkontrol hardware inde i bagenden af ​​cylinderen. Flydende nitrogen (LN2) anvendes til køling og en resistiv høj strømbelastning til opvarmning. Flere kanaler med upshifted foton Doppler Velocimetry (PDV) spore ekspansion hastighed langs cylinderen muliggør direkte sammenligning med computersimuleringer, mens Højhastigheds billeddannelse anvendes til at måle belastningen til svigt. De genvundne cylindrede fragmenter er også underlagt optisk og elektronmikroskopi at fastslå den manglende mekanisme.

Introduction

Den dynamiske svigt af et materiale er et vigtigt aspekt af den overordnede mekaniske opførsel, og har betydning for mange industrier, herunder bilindustrien, flyindustrien, og militær at nævne nogle få. Mens svigt ved lave strain satser typisk er undersøgt gennem traditionelle trækprøvninger, hvori en lang tynd prøve indlæst under spænding fra enderne, ved høje belastningsgrader sådan geometri / konfiguration kræver en prøve for at være meget lille for at opretholde en pseudo-mekanisk ligevægt hele testen. Ved fremkomsten af ​​en enkelt revne, vil det omgivende materiale lempes, effektivt standse udviklingen af ​​eventuelle tilstødende svigt sites. Dette begrænser antallet af frakturer, der kan samtidigt observeres i et eksperiment, og forhindrer vigtige oplysninger vedrørende statistik over manglende skal fastlægges.

Den ekspanderende cylinder test er en veletableret teknik til karakterisering, hvorledes materials mislykkes og fragmentet under høj hastighed belastning. I testen er en cylinder fremstillet af det materiale af interesse ensartet læsset langs sin indre periferi, iværksætte en spændingsbølge gennem væggen og forårsager cylinderen til at ekspandere. Snart denne radiale bølge spreder og en ensartet trækstyrke hoop stress omkring omkredsen dominerer. Da stress og belastning sats er den samme rundt om cylinderen bruddet og fragmentering adfærd udelukkende efter materialets egenskaber. Testen lindrer det førnævnte problem som typisk store prøve omkredse fremme initiering af multiple svigt sites under ensartet spændingsfordeling 1.

Hovedformålet med at udvikle denne eksperimentelle teknik var at muliggøre studiet af rollen af ​​temperaturen i frakturen og fragmentering opførsel af en ekspanderende cylinder. Styringen af ​​prøvetemperaturen vil give mulighed for undersøgelse af, hvordan den dynamiske trækstyrke, fraktur mekanisme, og Fragmsentation opførsel af materialet påvirkes. For eksempel i metaller, kan en temperaturstigning medføre et skift fra skørt til duktilt brud, imødekommende mere plastisk arbejde, før i sidste ende mislykkes. Nogle materialer, såsom Ti-6AI-4V kan også udvise adiabatisk shear lokalisering 2. Mens prøven deformerer, plast arbejde genererer varme. Hvis hastigheden af ​​blødgøring som følge af denne temperaturstigning er større end hastigheden for deformationshærdning fra deformationen kan en ustabilitet form, hvor en stor mængde plastisk deformation forekommer i et meget lokalt band (adiabatisk shear band). Denne reaktion fremmes i Ti-6AI-4V på grund af sin dårlige varmeledningsevne, og kan potentielt begrænse dens effektivitet til applikationer såsom letvægts rustning.

Denne nye test metode skal opfylde to hovedkriterier. For det første skal den metode producere en radial belastning sats i størrelsesordenen 10 4 sek -1, typisk ses i ballistisk ogindvirkning begivenheder, for at muliggøre sammenligning med tidligere undersøgelser, der beskæftiger mere traditionelle lastning ordninger. For det andet drivmekanismen skal upåvirket af prøven temperaturen at sikre overensstemmelse mellem forsøgene. Indledende cylinder ekspansion mekanismer anvendt sprængladninger, enten blot at udfylde prøvecylinderen 3-5 direkte eller ved hjælp af en mellemliggende driver. I sidstnævnte tilfælde en buffer anvendes 6, hvor prøven anbringes over en stålcylinder, som igen indeholder en eksplosiv ladning. Den indlysende begrænsning er, at som prøve cylinder indeholder drevet materiale (i form af sprængstoffet) vil opvarmning af cylinderen også opvarme afgift. Selvom det kan ikke direkte forårsage initiering af ladningen mange typer af sprængstof indeholder et polymert bindemateriale, der vil smelte ud fra prøven cylinderen. Ligeledes nogle sprængstoffer bliver meget følsom, når den afkøles. Det betyder, at eksplosive drev er ikke egnede til temperatur undersøgelse. En alternativmetode bruger Lorentz kraft for ekspansion - prøven er placeret over en chauffør spole 7, 8 En høj strøm indsprøjtes i denne driver spole (typisk tunge gauge kobbertråd), inducerer en modsat strøm i prøven.. Denne modsatrettede strømninger har tilknyttet magnetfelter, der virker mod hinanden, det magnetiske tryk kører prøven udad fra indersiden. Igen, opvarmning af materialet vil påvirke kobber drivspolen inde i prøven. Gaskanoner er blevet brugt til cylinder ekspansion siden slutningen af 1970'erne 9. I disse forsøg materialet anvendt til indsatsen i cylinderen er en polymer, drevet kommer som et resultat af både projektilet og indsætte deformeres ved udslag. Denne indsats er typisk en gummi eller plast 10, styrken og duktilitet vil blive hårdt ramt af temperaturen. Opvarmning vil gøre indsatsen for blød, og køling vil gøre det opføre sig på en sprød måde, så det mislykkes for tidligt.

Den eksperimentelle geometri består af en stål ogive monteret inden i mål-cylinder, med spidsen placeret omkring halvvejs langs længden af ​​cylinderen. En enkelt fase let gas pistol anvendes derefter til at iværksætte en polycarbonat projektil med en konkav flade i cylinderen ved hastigheder op til 1.000 m / sek -1. Akse målet er cylinderen er omhyggeligt afstemt til aksen af ​​gas-geværløb for at lette en reproducerbar og ensartet belastning. Virkningen og efterfølgende strøm af polycarbonate projektil omkring pseudo-stive stål ogive, driver cylinderen ind udvidelse fra den indvendige væg. Geometrien af ​​spidsen indsatsen og konkave flade af projektilet blev omhyggeligt optimeret ved hjælp hydro-kode computersimuleringer til at generere den ønskede udvidelse af cylinderen. Anvendelse af 4340 legeret stål til spidsen muliggør eksperimenter med cylinderen ved den temperatur, dens styrke er meget højere end polycarbonat projektil i temperaturområdet af interesse, sikrer drivmekanismen forbliver foreneligt. Ogives genvundet fra opvarmede og afkølede eksperimenter kun udviser minimal deformation som følge af virkningen.

Opvarmning og afkøling af prøven cylinder opnås ved montering af temperaturkontrol hardware i en bearbejdet forsænkning i den bageste del af spidsen insert. Til afkøling af prøven til kryogene temperaturer (~ 100 K), er recessen i spidsen forseglet med en aluminiumshætte og flydende nitrogen er ffulgt gennem hulrummet. Som målet cylinder har et stort kontaktområde med spidsen prøven afkøles gennem ledning. At opvarme målet cylinder for temperaturer, der nærmer 1.000 K, er en keramisk og nichrom resistive varmelegeme placeret i spidsen reces. En høj nuværende strømforsyning giver op til 1 kW, opvarme spidsen og cylinder. Cylinderen og spidsen er termisk isoleret fra målet mount i enkelt fase gas-gun gennem brug af MACOR keramiske afstandsstykker. Tanken er også afholdt under moderat vakuum (<0,5 Torr) under forsøget, som hjælper termisk manipulation.

For at diagnosticere fragmentering af cylinderen, den eksperimentelle design omfatter flere kanaler med frekvens-konvertering PDV, at måle udvidelse hastighed ved punkter langs cylinderen. PDV er en relativt ny 11, optisk fiber baseret interferometri teknik, der gør det muligt at måle overflade hastigheder under meget dynamiske hændelser. Under en PDV måling, Doppler skiftet lys reflekteret fra en bevægende overflade af interesse under anvendelse af et fiberoptisk probe kombineres med un-forskudt lys, hvilket skaber en beat frekvens, der er direkte proportional med hastigheden af ​​den bevægelige overflade. Væsentlige, en PDV-system er en hurtig Michelson interferometer hjælp fremskridt i nær-infrarød (1.550 nm) kommunikationsteknologi til rekord Beat frekvenser i GHz-området. Monteringssystemet til 100 mm brændvidde PDV anvendte prober i den aktuelle undersøgelse sikrer, at de er isoleret fra temperaturen af ​​cylinderen og giver nem tilpasning. En yderligere fordel ved anvendelse af 100 mm brændvidde sonder er, at de giver tilstrækkelig optisk adgang til, at high speed fotografering at måle udvidelse profil af hele cylinder. Arrangementet og placering af fire prober, AD, langs cylinderen er vist i figur 1 To højhastigheds kameraer anvendes her.; en højhastigheds videokamera Phantom V16.10 opererer på 250.000 fps og en IVV UHSi 12/24 indramning kamera, erobre 24 billeder. Vininstituttet kamera belyses bagfra, således at cylinderen lyser silhuet muliggør den radialt ekspanderende kant af cylinderen til nøjagtigt spores. Phantom kamera er forsiden lyser billeddannelse svigt initiering og fragmentering proces. Den høje hastighed fotografering kan derefter korreleres med Velocimetri at give stamme og tøjningshastighed langs hele prøven. Den høje hastighed billeddannelse giver også mulighed for en nøjagtig måling af svigt stamme og bruddet mønstre langs overfladen.

Den eksperimentelle teknik vist i følgende protokol sektion tilvejebringer et middel til styring af temperaturen prøve i en ekspanderende cylinder eksperiment, hvorigennem forskellige fraktur mekanismer kan aktiveres eller undertrykkes. Denne teknik vil føre til en mere omfattende forståelse af den rolle, temperaturen i dynamisk belastning scenarier.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Target Fabrikation og Assembly

  1. Target maskine cylinder til ønskede dimensioner fra fast bestand.
  2. Forbered cylinderoverfladen ved at fjerne bearbejdning mærker. En ensartet diffus overflade er at foretrække i PDV refleksion. Gode ​​resultater er blevet opnået med en let vådslibning med> 1.200 grit.
  3. Karakterisere target bestanddele, dvs måle følgende:
    Cylinder længde, diameter og vægtykkelse (på flere steder)
    Projektil længde, diameter
    Ogive længde, diameter
    Masse af ovenstående
  4. Saml cylinderen monteringsringen og PDV arm.
  5. Montere PDV prober i de kinematiske mounts og onto PDV armen.
  6. Indsæt spidsen i målet cylinderen, således at den bageste del af spidsen flugter med bagsiden af ​​cylinderen (bør dette ske på et værksted flad). De tre M3 skruer er designet til at holde spidsen på plads samtidig med at cylinderen til »skind away 'under ekspansion.
  7. Placer målet cylinder i monteringsbeslaget således at indgangen af ​​cylinderen flugter med den forreste flade af monteringsringen. Fastgør cylinderen på plads med 6 M4 pinolskruer.
  8. Installere opvarmning / køling apparater og bond termoelementer langs længden af ​​cylinderen ydervæg.
  9. Rens FC / APC (dupsko stik, vinklet fysisk kontakt) stik på enden af ​​PDV sonde fibre med fiber rengøringsklud og tjekke med en fiber rækkevidde. Dette er vigtigt at reducere back-refleksion.
  10. Ved anvendelse af en synlig (660 nm) Klasse 3R laser groft tilpasse sonderne, således at de er normale til cylinderen (dvs. det reflekterede lys falder tilbage på sonden).
  11. Saml en grundlæggende reflektivitet kredsløb ved hjælp af en cirkulationspumpe. Slut Klasse 1 1.550 nm laser til indgang 1, den PDV sonde til indgang 2 og et power meter til indgangen 3. Juster PDV sonder til gengæld, så magten tilbage er maksimeret.

  1. Brug af tønden stikket og dybden mikrometer tilpasse målring til enden af ​​cylinderen for at minimere virkningerne tilt.
  2. Installer afbødning fragment systemet og døren beskyttelse.
  3. Placer målet tilpasning stikket i tønden.
  4. Installer målet samling og tilpasse til stikket.
  5. Installere udløseren make par på enden af ​​cylinderen og forbinde til timingen hardware og diagnostik. Måle afstanden fra kontakt med aftrækkeren til virkningen af ​​projektilet på spidsen.
  6. Installer dreje spejle til højhastigheds fotografering.
  7. Juster spejlene for at give et ortogonalt billede af cylinderen gennem mål-tankportene og låses på plads.
  8. Juster høj hastighed kameraer og flash lamper uden for målet tank. Ser ned tønden, placere den høje hastighed kamera og en flash lampe klokken 3 i forhold til cylinderen. Placer IVV kamera klokken 9 oganden flash lampe ved 00:00. I denne konfiguration den høje hastighed kamera vil være front-lit for crack sporing og IVV vil give silhuet billeder til kantdetektering.
  9. Forbind varme / køling udstyr til at målrette og vakuum foder gennemføringer.
  10. ADVARSEL: Med den rette briller og andre forholdsregler tænde klasse IV lasere, oscilloskoper og PDV-systemer.
  11. Tjek de effektniveauer, der sendes til de PDV sonder. Med PDV systemet anvender typisk omkring 5 mW til hver probe med 1 mW per kanal for referencen.
  12. Kontroller justeringen af ​​PDV sonder med en energimåler. Når tilfreds med tilpasningen brug IR-kort til at måle, hvor PDV sonder kigger på cylinderen overflade.
  13. Tænd henvisningen laser og kontrollere kvaliteten af ​​de beat-signaler, som hver probe. Justere laserens bølgelængde (r) for at indstille den ønskede hastigheden nul slagfrekvens (indstille dette omkring 5 GHz).
  14. Når tilfreds med mål alignment, udløse placering, kamera og spejl tilpasning, PDV sonde tilpasning og placering og afbødning rammen lukke mål tank.
  15. Fjern justeringen plug; installere projektilet.
  16. Setup kameraer og belysning (frame rate, eksponering, tidsindstillinger), og udfører test billedbehandling. Typiske frame rates er omkring 250.000 billeder / sek for begge kameraer, med en eksponering på omkring 0,5 usek. Det første billede er normalt timet til at falde sammen med tidspunktet for virkningen.

3. Affyring Forberedelse

  1. Installer bundstykket membraner, der gælder for affyringen pres nødvendig.
  2. Luk bundstykket og begynde evakueringen af ​​målet tanke. Målet for et vakuum niveau i regionen på 50 mTorr.
  3. Udfør endelig opsætning af alle diagnostik (oscilloskop forsinkelser udløser, kameraindstillinger etc.). Set oscilloskoper til PDV ved 50 psek pr division, til 25 pSEC pr point og en pretrigger på 20% giver en 500 usek vindue. Udløse oscilloscopes og kameraer tid, således at nul falder sammen med tidspunktet for virkningen.
  4. Afsluttende trigger test; kontrol tider er korrekte.
  5. Tænd lasere; arm kameraer.
  6. Luk værelse; sikring laser og højtryk interlock er i den korrekte position.
  7. Begynd opvarmning / køling efter behov ved hjælp af LabVIEW software.
  8. Oplad pistolen til den ønskede fyring tryk.
  9. Når ved tryk, gør en sidste kontrol, at alle diagnostiske systemer er bevæbnet.
  10. Isoler opvarmning eller afkøling apparatet.
  11. Countdown "3, 2, 1 BRAND."
  12. Udluft målet og tage tanke.
  13. Gem alle oscilloskop og kamera data.

4. Indlæg Shot

  1. Luk lasere og vente på pistolen til fuldt ud at udligne på atmosfæren.
  2. Åbn målet tank, indsamle alle metalfragmenter og sortere ud Ti-6AI-4V.

5. Data Analysis

  1. Udfør STFT analyse af PDV oscilloscope data for at reducere hastigheden historie som pr analysen af Ao og Dolan 12.
  2. Proces højhastigheds imaging data med software som nævnt i udstyret tabel. Den høje hastighed kamera optagelser vil give tid og belastning ved brud og muliggøre analyse for revnedannelse og vækst. De silhuet billeder fra IVV give en klar kant til at undersøge det fulde deformation profilen af ​​cylinderen.
  3. Måle og veje inddrives fragmenter. Vælg fragmenter med interessante funktioner såsom arresterede frakturer og forberede dem til mikroskopi.
    1. Sektion, montere, og polere fragmenter; derefter analysere i elektronmikroskop. Elektron tilbagekastning diffraktion indeholder oplysninger om tekstur og mikrostruktur sammen sekundær elektron billeddannelse til at undersøge de brudflader og identificere svigt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Kvaliteten af ​​data vil først afhænge af den eksperimentelle timing. Hvis forsinkelserne fra aftrækkeren til virkningen er korrekte derefter flash lamper vil producere nok lys, når målet cylinderen begynder at deformere, så de høje hastighed kameraer til at producere klare billeder. I dette tilfælde billederne fra kameraet indramning vil have en klar silhuet kant, der kan bruges til at spore deformationen af ​​hele cylinder. Software som ImageJ kan bruges til at udtrække lineout data for hver ramme, hvilket frembringer et billede som i figur 2. Ideelt vil PDV kunne spore ekspansion hastighed for ~ 100 mikrosekunder, vil dette afhænge af overfladefinish af cylinderen og tilpasningen af ​​sonden. For et givet eksperiment PDV og lineout data kan valideres mod hinanden ved hjælp af de fire kendte punkter fra PDV i billedet. Med denne kombination en nøjagtig måling af radius eller radial belastning på ethvert punkt langs cylinderens længde kan væreekstraheret. Figur 3 plots den radiale ekspansion hastighed ved to punkter langs længden af cylinderen, sammenligning eksperimenter ved 150 K og 800 K. Vi kan se, at den afkølede cylinder har mindre deceleration efter højdepunktet hastighed, hvilket tyder fraktur har indledt tidligere fører til et tab af styrke i cylinderen. Den radiale hastighed integreres derefter over tid for at reducere den radiale forskydning ved punkterne observeret af proberne. Figur 4 viser et eksempel på dette for den afkølede cylinder. Billeder fra den høje hastighed video skal være klart at skelne brudigangsætning og revneudbredelse, som det ses i figur 5. Fra dette kan vi udtrække den tidsmæssige aktivering af fraktur og skal ekstrapolere antallet af revner rundt om cylinder med tiden som den anden side af cylinderen er ikke synlig for kameraet. Figur 5 er et eksempel på et veloplyst billede, der viser flere langsgående brud langs cylinderen.

(dvs. tidshorisont, at fragmenteringen proces sker over).

Figur 1
Figur 1:. Eksperimentel geometri Top, venstre: Grundlæggende samling, der viser placeringen af PDV sonder langs cylinderen. Top, højre: ogive ændringer til køling og opvarmning af cylinderen. Bottom: Opvarmet cylinder eksperiment installeret på gas pistol. Sorte kabler er strøm til varmefladen. Tynde sort / hvid kabler er termoelementer. PDV sonder er synlige i bunden. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2
Figur 2: lineout data udtrukket fra høj hastighed billeddannelse af en 300 K ekspanderende cylinder eksperiment på en afstand af gange efter sammenstødet.

Figur 3
Figur 3:. Radial ekspansion hastighed målt med PDV ved to punkter langs cylinderen til 150 K (fast) og 800 K (punkteret) ekspanderende cylinder Den afkølede cylinder har mindre deceleration efter højdepunktet hastigheden tyder fraktur har indledt tidligere.

ig4.jpg "/>
Figur 4: 150 K ekspanderende cylinder Solid linjer:. Radial belastning akkumuleret ved 4 punkter langs cylinderens længde. Stiplede linjer: antallet af synlige brud sites fra høj hastighed kamera data.

Figur 5
Figur 5:. Uddrag af højhastigheds video (Video 1) registreret 150 K ekspanderende cylinder.

Video 1: Høj hastighed video af en ekspanderende 150 K cylinder eksperiment Projektil hastighed 1,000 m / sek.. Framing:. 1 billede hver 10 psek, 0,7 usek eksponering Klik her for at se denne video.

Video 2: Høj hastighed video af en ekspanderende 650 K cylinder eksperiment Projektil hastighed 1,000 m / sek.. Framing: 1 ramme hver 4,7 psek, 0,7 usek eXposure. Klik her for at se denne video.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne metode muliggør undersøgelse af materialer ved høje trækbelastning over et bredt område af temperaturer, fra kryogene til ~ 1.000 K, unikke for dette motiv. Men dette tilføjer visse udfordringer for forsøgsopstillingen og udførelse. For det første at optimere temperaturkontrol den spidsen indsatsen skal bearbejdes af et egnet materiale. 4340 stål anvendes her, selvom enhver høj temperatur høj hårdhed stål burde være nok. Ligeledes, som hele ekspansion drevet nu har oprindelse fra polymeren projektil dette skal være fremstillet af et ikke-skør plast, såsom maskinen-grade polycarbonat i dette arbejde.

Det er vigtigt at have et tæt mekanisk pasning mellem indsatsen og cylinderen, for at sikre god termisk kontakt. Skal man være omhyggelig, hvis varmeudvidelseskoefficient af målet cylinder er ikke tæt på indsatsen. For eksempel, hvis cylinderen er sprødt med en lav termisk ekspansion (såsom en keramisk) than ekspansion af indsatsen kan beskadige eller endda knække cylinderen. Af samme grund epoxy bruges til at lime de termoelementer på cylinderen skal være i stand til at modstå forventede temperaturer samt flytning af den cylinder, der opvarmer / køler. Endelig termisk isolering af målet fra monteringssystem er vigtig, ellers termisk sættetid gør temperaturkontrol svært og kan begynde at påvirke de PDV sonder og målrette tilpasning.

Begrænsningerne af denne teknik er afhængige af projektil lanceringen faciliteter til rådighed. De radiale belastningsgrader, der kan opnås, er en funktion af projektilets hastighed og cylinderen diameter. Mindre cylindre kræver lavere projektil hastigheder, men kan så begrænse antallet af frakturer observerede. Nøjagtig måling af ekspansion hastigheden nødvendiggør en kvalitet laserbaseret Velocimetri system som det upshifted PDV her eller et multiplum punkt VISAR.

Fremtidig APPLICtioner er studiet af virkningerne af temperaturen på bruddet mekanismer og deraf fragmentering opførsel af materialer ved høje ensartet trækbelastning. Mens eksperimentet er specielt velegnet til metaller på grund af den reflekterende overflade tillader PDV målinger den kunne tilpasses til en række materialer, hvis overfladen er forberedt rigtigt. Dette arbejde ved høje og lave temperaturer er ikke tilgængelig for andre drev mekanismer til ekspanderende cylindre øjeblikket, og vil komplimentere andre trækstyrke test mekanismer der muliggør yderligere og mere præcise befolkning / kalibrering af materielle modeller og hydrocodes.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1,550 nm CW Laser NKT Photonics Koheras Adjustik x 2
1,550 nm Power Amplifier NKT Photonics Koheras Boostik HPA
Delay Generators Quantum Composers 9500+ Digital Delay Pulse Generator 8 output version
Stanford Research Systems DG535 Digital Delay Generator
16 Channel Digitiser Agilent Technologies U1056B Chassis + 4 X U1063A Digitiser
High Bandwidth Oscilloscopes Teledyne LeCroy WaveMaster 816Zi-A Expansion Velocity, Gen 3 PDV
Tektronix DPO71604C Projectile Velocity, Gen 1 PDV
High Speed Imaging Systems Vision Research Phantom v16.10
Invisible Vision IVV UHSi-24
Zeiss Optics Planar T* 1,4/85 85 mm Prime Lens
Nikon AF-S Nikkor 70-200 mm f/2.8 ED VR II 70-200 mm Telephoto Lens
Flash Lamp Bowens Gemini Pro 1500 W x 2
PDV Probe Laser 2000 LPF-04-1550-9/125-S-21.5-100-4.5AS-60-3A-3-3 x 4 (Custom order)
PDV System Built in-house by the Institute of Shock Physics Custom Build 3rd Generation (Upshifted) 8 Channel Portable PDV System
Control Software National Instruments LabVIEW 2013
Control Hardware for heating National Instruments NI-DAQ 6009 USB
Heating Power Supply BK Precision BK1900
Thermocouple Logger Pico Technology TC-08
100 mm Single Stage Light Gas Gun Physics Applications, Inc. (PAI) Custom Build Capable of at least 1,000 m/sec with ~2 kg projectile
Image analysis software National Institutes of Health ImageJ Open source, free
Image analysis software Mathworks MATLAB r2014a With image processing toolboxes
Material sectioning saw Struers Accutom-50
Electron Microscope Zeiss Auriga
Electron Backscatter Diffraction Bruker e-Flash 1000
EBSD software Bruker eSprit

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Jones, D. R., Chapman, D. J., Eakins, D. E. A gas gun based technique for studying the role of temperature in dynamic fracture and fragmentation. J. Appl. Phys. 114, 173508 (2013).
  2. Liao, S. C., Duffy, J. Adiabatic shear bands in a Ti-6Al-4V titanium alloy. J. Mech. Phys. Solids. 46 (11), 2201-2231 (1998).
  3. Mott, N. F. Fragmentation of shell cases. Proc. R. Soc. Lond. A. 189 (1018), 300-308 (1947).
  4. Hoggatt, C. R., Recht, R. F. Fracture behavior of tubular bombs. J. Appl. Phys. 39 (3), 1856-1862 (1968).
  5. Banks, E. E. The fragmentation behavior of thin-walled metal cylinders. J. Appl. Phys. 40 (1), 437-438 (1969).
  6. Warnes, R. H., Duffey, T. A., Karpp, R. R., Carden, A. E. Improved technique for determining dynamic metal properties using the expanding ring. Los Alamos Scientific Laboratory Report. , (1980).
  7. Niordson, F. I. A unit for testing materials at high strain rates. Exp. Mech. 5 (1), 29-32 (1965).
  8. Grady, D. E., Benson, D. A. Fragmentation of metal rings by electromagnetic loading. Exp. Mech. 23 (4), 393-400 (1983).
  9. Winter, R. E., Prestidge, H. G. A technique for the measurement of the high strain rate ductility of metals. J. Mat. Sci. 13 (8), 1835-1837 (1978).
  10. Vogler, T. J., et al. Fragmentation of materials in expanding tube experiments. Int. J. Imp. Eng. 29, 735-746 (2003).
  11. Strand, O. T., Goosman, D. R., Martinez, C., Whitworth, T. L., Kuhlow, W. W. Compact system for high-speed velocimetry using heterodyne techniques. Rev. Sci. Inst. 77, 083108 (2006).
  12. Ao, T., Dolan, D. H. SIRHEN: A data reduction program for photonic Doppler velocimetry measurements. Sandia National Laboratories Report. , (2010).

Tags

Engineering Shock Fysik Fracture Fragmentering High Strain Rate Udvidelse Cylinder Ti-6AI-4V
En metode til at studere temperaturafhængighed Dynamic Fracture og fragmentering
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Jones, D. R., Chapman, D. J.,More

Jones, D. R., Chapman, D. J., Eakins, D. E. A Method for Studying the Temperature Dependence of Dynamic Fracture and Fragmentation. J. Vis. Exp. (100), e52463, doi:10.3791/52463 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter