Waiting
Login processing...

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

Engineering

En metod för att studera temperaturberoendet hos Dynamic Brott och Fragmentation

Published: June 28, 2015 doi: 10.3791/52463

Abstract

Den dynamiska fraktur i en kropp är ett sent skede fenomen typiskt studeras under förenklade villkor, i vilken ett prov deformeras enligt enhetliga stress och strain rate. Detta kan framställas genom jämn lastning den inre ytan av en cylinder. På grund av den axiella symmetri, eftersom cylindern expanderar väggen placeras i en dragringspänning som är likformigt runt periferin. Även om det finns olika tekniker för att generera denna expansion, såsom sprängämnen, elektromagnetisk enhet, och befintliga gas pistol tekniker som de är alla begränsade i det faktum att provcylindern måste vara vid rumstemperatur. Vi presenterar en ny metod med hjälp av en gas pistol som underlättar experiment på cylindrar från 150 K till 800 K med en konsekvent och upprepad belastning. Dessa mycket diagnostiserade experiment används för att undersöka effekten av temperaturen på brottmekanismer som är ansvariga för fel, och deras resulterande inverkan på fragmenterings statistik. Den experimentella geometrin utnyttjar enstål ogive belägen inuti mål-cylindern, med spetsen belägen ungefär halvvägs in. En enstegs lätt gas pistol används sedan för att starta en polykarbonat projektil in i cylindern vid 1000 m / sek -1. Projektil effekter och strömmar runt den styva ogive, driver provcylindern från insidan. Användningen av ett icke-deformerande ogive insatsen tillåter oss att installera temperaturkontroll hårdvara inuti den bakre delen av cylindern. Flytande kväve (LN 2) används för kylning och en resistiv hög strömbelastning för uppvärmning. Flera kanaler växlas upp foton Doppler Velocimetry (PDV) spåra expansionshastigheten längs cylindern möjliggör direkt jämförelse med datorsimuleringar, medan hög hastighet avbildning används för att mäta belastningen att misslyckas. De återvunna cylinder fragmenten är också föremål för optisk och elektronmikroskop för att fastställa skadetypen.

Introduction

Den dynamiska fel hos ett material är en viktig aspekt av den övergripande mekaniska egenskaper, och har betydelse för många industrier, däribland fordons-, flyg-, och militären för att nämna några. Medan misslyckande vid låga belastningshastigheter typiskt studeras genom konventionella dragtester, i vilka en lång tunn provet laddas i spänning från ändarna, vid höga töjningshastigheter sådan geometri / konfiguration kräver ett prov för att vara mycket liten för att bibehålla en pseudo-mekanisk jämvikt under hela testet. Vid uppträdandet av en enda spricka, kommer det omgivande materialet vara avslappnad, effektivt stoppa utvecklingen av några angränsande brottställen. Detta begränsar antalet frakturer som kan samtidigt observeras i något experiment, och förhindrar viktig information om statistiken för underlåtenhet att bestämmas.

Den expanderande cylindern test är en väletablerad teknik för att karakterisera det sätt på vilket materials misslyckas och fragment under hög hastighet belastning. I testet är en cylinder tillverkad av material av intresse jämnt lastad längs dess inre omkrets, lanserar en spänningsvåg genom väggen och orsakar cylindern att expandera. Snart denna radiella våg försvinner och en enhetlig dragringspänning runt omkretsen dominerar. Eftersom stress och påfrestningar är densamma runt cylindern frakturen och fragmentering beteende enbart styrs av materialets egenskaper. Testet lindrar ovannämnda problem som typiskt stora prov omkrets främja inledandet av flera fel platser i jämn spännings 1.

Det huvudsakliga syftet med att utforma denna experimentella teknik var att göra det möjligt att studera den roll som temperaturen i frakturen och fragmentering beteende av en expanderande cylinder. Styrningen av provets temperatur kommer att möjliggöra undersökning av hur den dynamiska draghållfasthet, brottmekanism, och fragmsentation beteende hos materialet påverkas. Till exempel i metaller, kan en temperaturökning orsaka en förskjutning från sprött till segjärn fraktur, tillmötesgående mer plast arbete innan slutändan misslyckas. Vissa material såsom Ti-6Al-4V kan också uppvisa adiabatisk skjuvning lokalisering 2. Medan provet deformeras, genererar plastarbets värme. Om graden av mjukgöring som en följd av denna temperaturökning är större än hastigheten för kallhärdning från deformationen, kan en instabilitet bilda där en stor mängd av plastisk deformation sker i en mycket lokaliserad band (adiabatisk skjuvning bandet). Detta främjas i Ti-6Al-4V på grund av sin dåliga värmeledningsförmåga, och kan potentiellt begränsa dess effektivitet för applikationer såsom lätt rustning.

Denna nya testningsförfarande måste uppfylla två huvudkriterier. För det första måste metoden att producera en radiell töjningshastighet i storleksordningen 10 4 sek -1, typiskt sett i Skott- ochkonsekvens händelser, för att möjliggöra jämförelse med tidigare studier som använder mer traditionella lastsystem. För det andra måste drivmekanismen vara opåverkade av provtemperaturen att säkerställa överensstämmelse mellan experiment. Initiala expansionscylinder mekanismer används sprängladdningar, antingen helt enkelt fylla provcylindern 3-5 direkt eller med hjälp av en mellanliggande drivrutin. I det senare fallet en buffert används 6, där provet är placerat över en stålcylinder som i sin tur innehåller en explosiv laddning. Den uppenbara begränsningen är att när provcylindern innehåller drivmaterialet (i form av sprängämnet) upphettning av cylindern också kommer att uppvärma laddningen. Även om detta kanske inte direkt orsaka initiering av avgiften många typer av explosiva innehåller ett polymerbindemedelsmaterial som kommer att smälta ut ur provcylindern. På samma sätt, vissa sprängämnen blivit mycket känsliga när de kyls. Detta innebär att explosiva enheter är inte lämpliga för temperaturstudie. En alternativMetoden använder Lorentz kraft för expansion - provet placeras över en förare spole 7, 8 En hög ström injiceras i denna drivrutin pole (typiskt tung gauge koppartråd), som inducerar en motsatt ström i provet.. Dessa motsatta strömmar har tillhörande magnetfält som verkar mot varandra, det magnetiska trycket som driver provet utåt från den inre ytan. Återigen, uppvärmning av materialet kommer att negativt påverka koppardrivspolen inuti provet. Gaskanoner har använts för expansionscylindern sedan slutet av 1970-talet 9. I dessa experiment det material som används för insättningen i cylindern är en polymer, den enhet som kommer som ett resultat av både projektilen och sätt deformeras vid träffen. Denna insats är vanligtvis en gummi eller plast 10, styrka och seghet som kommer att påverkas kraftigt av temperaturen. Värme kommer att göra insatsen för mjuk, och kylning kommer att göra det uppföra sig på ett sprött sätt så att det inte i förtid.

Den experimentella geometrin består av en stål ogive monterad inuti mål-cylindern, med spetsen belägen ungefär halvvägs utmed längden av cylindern. En enstegs lätt gas pistol används sedan för att starta ett polykarbonat projektil med en konkav yta i cylindern vid hastigheter upp till 1000 m / sek -1. Axeln för målet är cylindern är noggrant inriktad med axeln av den gas-eldröret för att underlätta en repeterbar och jämn belastning. Effekterna och efterföljande flöde av polycarbonate projektil runt pseudo stela stål ogive, driver cylindern i expansionen från den inre väggen. Geometrin hos ogive insatsen och den konkava ytan hos projektilen noggrant optimeras med hjälp av hydro-kod datorsimuleringar för att generera den önskade expansionen av cylindern. Använda 4340 legerat stål för ogive möjliggör experiment med cylindern vid en temperatur som dess styrka är mycket högre än polykarbonat projektilen över temperaturområdet av intresse, se till drivmekanismen förblir konsekvent. Ogives återhämtat sig från uppvärmda och kylda experiment endast uppvisar minimal deformation till följd av effekterna.

Uppvärmningen och kylningen av provcylindern åstadkommes genom installation av temperaturkontroll hårdvara i ett bearbetat urtag i den bakre delen av ogive insatsen. För kylning av provet till kryogena temperaturer (~ 100 K), är urtaget i ogive förseglad med en aluminiumkapsyl och flytande kväve är fföljde genom håligheten. Eftersom målet cylindern har en stor kontaktyta med ogive provet kyls genom ledning. För att värma upp målet cylindern för temperaturer som närmar sig 1000 K, är ett keramiskt och nikrom resistiva värmaren placeras i ogive fördjupningen. En hög ström strömförsörjning ger upp till 1 kW, uppvärmning av ogive och cylindern. Cylindern och ogive är termiskt isolerade från målet fästet på den inre scenen gas-gun med hjälp av MACOR keramiska distanser. Tanken hålls även under moderat vakuum (<0,5 torr) under försöket vilket underlättar termisk manipulation.

För att diagnostisera sönderdelning av cylindern, innefattar den experimentella designen flera kanaler för frekvensomvandling PDV, att mäta expansionshastigheten vid punkter längs cylindern. PDV är en relativt ny 11, optisk fiber baserad interferometri teknik som möjliggör mätning av ythastigheter under högdynamiska händelser. Under en PDV mätning, dopplerförskjutna ljus som reflekteras från en rörlig yta av intresse med användning av en fiberoptisk sond kombineras med un-skiftat ljus, vilket skapar en svävningsfrekvens som är direkt proportionell mot hastigheten hos den rörliga ytan. I huvudsak är en PDV systemet en snabb Michelson interferometer, med hjälp av nära infraröd (1550 nm) kommunikationsteknik till rekord svävningsfrekvenser i GHz-området. Monteringssystemet för de 100 mm brännvidd PDV prober som används i den aktuella studien säkerställer att de är isolerade från temperaturen hos cylindern och ger enkel justering. En ytterligare fördel med att använda de 100 mm brännvidd prober är att de ger tillräcklig optisk tillgång för att möjliggöra höghastighetsfotografering att mäta expansionsprofilen för hela cylindern. Arrangemanget och läget av fyra prober, AD, längs cylindern visas i figur 1 två höghastighetskameror används här.; en höghastighetsvideokamera Phantom V16.10 arbetar vid 250.000 fps och en IVV UHSi 12/24 inramning kamera, fånga 24 bilder. IVV kameran är motljus så att cylindern är upplyst i siluett möjliggör radiellt expanderande kanten av cylindern som skall noggrant spåras. Phantom Kameran är framför upplyst avbildning av brott och sönderdelning. Den höghastighetsfotografering kan därefter korreleras med Velocimetry att ge stammen och töjningshastighet längs hela provet. Den höga hastigheten avbildning möjliggör också ett riktigt mått på misslyckande stam och brottmönster längs ytan.

Den experimentella tekniken presenteras i följande protokoll avsnitt ger ett medel för att styra provets temperaturen i en expanderande cylinder experiment genom vilka olika brottmekanismerna kan aktiveras eller undertryckas. Denna teknik kommer att leda till en mer omfattande förståelse av den roll som temperaturen i dynamiska lastscenarier.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Mål tillverkning och montering

  1. Maskin mål cylinder till önskade mått från fast lager.
  2. Förbered cylinderytan genom att ta bort bearbetningsmärken. En enhetlig diffus yta är att föredra för PDV reflektion. Goda resultat har erhållits med en lätt våtslipning med> 1200 grit.
  3. Karakterisera mål beståndsdelar, det vill säga mäta följande:
    Cylinder längd, diameter och väggtjocklek (vid flera platser)
    Projektilvävmaskiner längd, diameter
    Ogive längd, diameter
    Massa av alla ovanstående
  4. Montera cylindern monteringsringen och PDV arm.
  5. Montera PDV sonder i de kinematiska fästen och på PDV armen.
  6. Sätt ogive i målet cylindern så att den bakre delen av ogive är i jämnhöjd med den bakre delen av cylinder (detta bör göras på ett seminarium platt). De tre M3 skruvarna är utformade för att hålla ogive på plats samtidigt som cylindern till "skal away "under expansionen.
  7. Placera målet cylinder i monteringsbeslagen så att ingången av cylindern är i jämnhöjd med den främre ytan på monteringsringen. Säkra cylindern på plats med 6 M4 skruvstift.
  8. Installera värme / kylanordning och obligationstermoelement längs längden av cylinderns yttre vägg.
  9. Rengör FC / APC (hylsa kontakt, vinklad fysisk kontakt) kontakterna på slutet av PDV sond fibrerna med fiberduk och kontrollera med en fiber omfattning. Detta är viktigt för att minska tillbakareflektion.
  10. Med hjälp av en synlig (660 nm) Klass 3R laser grovt rikta sonderna så att de är normala till cylindern (dvs., faller det reflekterade ljuset tillbaka på proben).
  11. Montera en grundläggande reflektions krets med hjälp av en cirkulationspump. Anslut klass 1 1550 nm laser för att ingång 1, PDV sonden till ingång 2 och en effektmätare till ingång 3. Rikta in PDV sonder i varv så att strömmen återmaximeras.

  1. Använda pipan pluggen och djupmikrometer anpassa målring till änden av cylindern för att minimera inverkan lutning.
  2. Installera fragmentet mitigationsystem och dörren skydd.
  3. Placera målet inriktnings kontakten i pipan.
  4. Installera målaggregatet och anpassa sig till den kontakten.
  5. Montera trigg gör paret på änden av pipan och ansluta till timing hårdvara och diagnostik. Mät avståndet från kontakt med avtryckaren för att effekterna av projektilen på ogive.
  6. Installera vänd speglar för höghastighetsfotografering.
  7. Rikta speglarna att ge en ortogonal vy av cylindern genom målstridsvagnen portar och lås på plats.
  8. Rikta höghastighetskameror och blixtlampor utanför målstridsvagnen. Tittar ner pipan, placera höghastighetskamera och en blixtlampa vid 3:00 i förhållande till cylindern. Placera IVV kameran klockan 9 ochannan blixtlampa vid 00:00. I denna konfiguration höghastighetskamera blir front-lit för crack spårning och IVV ger siluett bilder för kantdetektering.
  9. Anslut värme / kyla utrustning för att rikta och vakuummatningsingar.
  10. VARNING: Med rätt glasögon och andra försiktighetsåtgärder slå på klass IV lasrar, oscilloskop och PDV-system.
  11. Kontrollera effektnivåerna som skickas till PDV-sonder. Med PDV-systemet, använder typiskt omkring 5 mW till varje sond med ett mW per kanal för referensen.
  12. Kontrollera anpassningen av PDV-sonder med en kraftmätare. När nöjd med inriktnings användning med IR-kort för att mäta där PDV sonder ser på cylinderytan.
  13. Slå på referens laser och kontrollera kvaliteten på beat signaler som ges av varje sond. Justera laserns våglängd (er) för att ställa in önskad nollhastighet svävningsfrekvens (ställa detta runt 5 GHz).
  14. När nöjd med målet alignment, utlösa läge, kamera och spegel inriktning, PDV sond inriktning och lokalisering samt minskning ramen stänga målstridsvagnen.
  15. Ta bort inriktnings plug; installera projektilen.
  16. Start kameror och belysning (bildhastighet, exponering, tider) och utföra tester avbildning. Typiska bildhastighet är omkring 250.000 bilder / sek för båda kamerorna, med en exponering på cirka 0,5 ps. Den första bilden är normalt tidsinställda att sammanfalla med nedslaget.

3. Tänd Framställning

  1. Installera bakstycket membran som är tillämpliga på tänd tryck som behövs.
  2. Stänga bakstycket och börja evakuering av målsetankarna. Sikta på en vakuumnivån i regionen 50 mTorr.
  3. Utför slutliga Formatet i samtliga diagnostik (oscilloskop förseningar, triggers, kamerainställningar etc.). Ange oscilloskop för PDV på 50 ps per division, till 25 ps per punkt och en pretrigger av 20% ger en 500 ps fönster. Trigger oscilloscopes och kameror så att tiden noll sammanfaller med tiden för påverkan.
  4. Slut utlösande test; KOLLA tider är korrekta.
  5. Slå på lasrar; arm kameror.
  6. Stäng rum; säkerställa laser och högtrycks förreglingar är i rätt läge.
  7. Börja värme / kyla vid behov med hjälp av LabVIEW programvara.
  8. Ladda pistolen till önskad bränning trycket.
  9. När du är på tryck, gör en sista kontroll att alla diagnossystem är beväpnade.
  10. Isolera värme eller kyla apparaten.
  11. Countdown "3, 2, 1 BRAND".
  12. Ventilera målet och fånga tankar.
  13. Spara all data oscilloskop och kamera.

4. Post Shot

  1. Stäng av lasrar och vänta på pistolen till fullo utjämna på atmosfären.
  2. Öppna målstridsvagnen, samla alla metallfragment och reda ut Ti-6Al-4V.

5. Dataanalys

  1. Utför STFT analys av PDV oscilloscope data för att minska hastigheten historia enligt analysen av Ao och Dolan 12.
  2. Process med hög hastighet bilddata med program som nämns i utrustningen tabellen. Den höghastighetskamera film kommer att ge tid och brottöjningen och möjliggöra analys av sprickbildning och tillväxt. De siluett bilder IVV tillhandahålla en tydlig kant för att undersöka den fullständiga deformationen profilen av cylindern.
  3. Mät och väga återvunna fragment. Välj fragment med intressanta funktioner såsom arreste frakturer och förbereda dem för mikroskopi.
    1. Avsnitt, montera och polera fragmenten; sedan analysera i elektronmikroskop. Elektron backscatter diffraktion ger information om struktur och mikro tillsammans sekundär elektronavbildning att undersöka brottytorna och identifiera fel läge.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Kvaliteten på data kommer för det första att bero på den experimentella timing. Om förseningarna från avtryckaren till påverkan är korrekta då blixtlampor kommer att producera tillräckligt med ljus när målet cylindern börjar deformeras, så att de höga hastighetskameror för att producera tydliga bilder. I detta fall bilderna från inramnings kameran kommer att ha en tydlig silhouetted kant som kan användas för att spåra deformationen av hela cylindern. Program som ImageJ kan användas för att extrahera lineout data för varje ram, som producerar en bild som i figur 2. Idealt PDV kommer att kunna spåra expansionshastigheten för ~ 100 ^ sek, kommer detta att bero på ytfinishen hos cylindern och inriktningen av sonden. För en given experiment data PDV och lineout kan valideras mot varandra med hjälp av fyra kända punkter från PDV i bilden. Med denna kombination ett noggrant mått på radien eller radiell töjning vid någon punkt längs cylinderlängden kan varaextraheras. Fig 3 plottar den radiella expansionshastigheten vid två punkter längs cylinderns längd, jämföra experiment vid 150 K och 800 K. Vi kan se att den kylda cylindern har mindre retardation efter topphastigheten, vilket tyder på fraktur har initierat tidigare vilket leder till en förlust av styrka i cylindern. Den radiella hastigheten integreras därefter över tiden för att minska den radiella förskjutningen vid de punkter observeras av probema. Figur 4 visar ett exempel på detta för den kylda cylindern. Bilder från höghastighets video bör vara tillräckligt tydlig för att urskilja sprickinitiering och spricktillväxt, som visas i figur 5. Av detta utdrag vi tidsmässigt aktivering av brott och måste extrapolera antalet sprickor runt cylindern med tiden som den andra sidan av cylindern är inte synliga för kameran. Figur 5 är ett exempel på en väl upplyst bild, visar flera längsgående sprickor längs cylindern.

(dvs. den tidsplan som sönderdelning sker över).

Figur 1
Figur 1:. Experimentell geometri topp, vänster: Enkel montering, som visar var PDV sonder längs cylindern. Top, höger: ogive modifieringar för kylning och uppvärmning av cylindern. Nederst: Uppvärmd cylinder experiment installerad på gaskanonen. Svarta kablar är makt för värmebatteriet. Tunna svart / vit kablar är termoelement. PDV-prober syns längst ner. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 2
Figur 2: lineout uppgifter som hämtas från hög hastighet avbildning av en 300 K expanderar cylinder experimentet vid en rad tillfällen efter påverkan.

Figur 3
Figur 3:. Radial expansionshastigheten mäts med PDV vid två punkter längs cylindern för en 150 K (fast) och 800 K (streckad) expanderande cylinder Den kylda cylindern har mindre inbromsning efter topphastigheten tyder på brott har inletts tidigare.

ig4.jpg "/>
Figur 4: 150 K expanderar cylinder Heldragna linjer:. Radiella stam samlats vid 4 punkter längs cylinderlängden. Prickade linjer: antalet synliga frakturställen från kameradata höghastighets.

Figur 5
Figur 5:. Utdrag ur höghastighetsvideo (Video 1) registrerades 150 K expanderar cylindern.

Video 1: Höghastighets video av en expanderande 150 K cylinder experiment projektilhastigheten 1000 m / sek.. Framing:. 1 bild varje 10 ps, 0,7 isek exponering Klicka här för att se filmen.

Video 2: Hög hastighet video av en expanderande 650 K cylinder experiment projektilhastigheten 1000 m / sek.. Framing: 1 ram varje 4,7 ps, 0,7 isek eXposure. Klicka här för att se filmen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denna metod möjliggör undersökning av material vid höga hastigheter av dragbelastning över ett brett temperaturintervall, från kryogen till ~ 1000 K, som är unik för denna design. Men detta innebär vissa utmaningar för experimentuppställning och utförande. För det första, för att optimera temperaturkontroll den ogive insatsen måste maskinbearbetas av ett lämpligt material. 4340 stål används här, även om någon hög temperatur hög hårdhet stål bör räcka. På samma sätt, eftersom hela expansionen enheten nu härrör från polymer projektilen detta måste göras från en icke-spröd plast såsom maskinen kvalitet polykarbonat i detta arbete.

Det är viktigt att ha en nära mekanisk passning mellan insatsen och cylindern, för att säkerställa god termisk kontakt. Man måste vara försiktig om värmeutvidgningskoefficient av målet cylindern är inte nära till insatsen. Exempelvis om cylindern är spröda med låg termisk expansion (såsom ett keramiskt) than expansion av insatsen kan skada eller till och med knäcka cylindern. Av samma anledning epoxi som används för att sammanbinda termo på cylindern måste kunna stå emot de temperaturer som förväntas och rörelse av cylindern som den värmer / kyler. Slutligen är det viktigt termisk isolering av målet från monteringssystemet, annars värme blöt gör temperaturreglering svår och kan börja påverka de PDV sonder och rikta inriktning.

Begränsningarna av denna teknik är beroende av projektilsjösättnings anläggningar. De radiella töjningshastigheter som kan uppnås är en funktion av projektilhastigheten och cylinderdiametern. Mindre cylindrar behöver lägre projektilhastigheter men kan sedan begränsa antalet frakturer observerats. Noggrann mätning av expansionshastigheten kräver en kvalitetslaserbaserat Velocimetry system som det uppväxlas PDV här eller en flerpunkts VISAR.

Framtida applicheten är att studera effekterna av temperaturen på brottmekanismer och åtföljande fragmentisering egenskaperna hos material vid höga hastigheter av enhetlig dragspänning. Medan experimentet är särskilt lämpad för metaller på grund av den reflekterande ytan som tillåter PDV mätningarna kan anpassas till en rad olika material om ytan är korrekt förberedd. Detta arbete vid höga och låga temperaturer är för närvarande inte tillgänglig för andra drivmekanismer för att expandera cylindrar, och kommer att komplettera andra dragprov mekanismer som möjliggör ytterligare och mer exakt befolkning / kalibrering av materialmodeller och 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 fraktur Fragmentering hög töjningshastighet Expanding Cylinder Ti-6Al-4V
En metod för att studera temperaturberoendet hos Dynamic Brott och Fragmentation
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