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Engineering

Élevé à température normale et combiné pression-cisaillement plaque Impact expériences Via un système de chauffage de Sabot-culasse

Published: August 7, 2018 doi: 10.3791/57232
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Case Western Reserve University

Summary

Nous présentons ici un protocole détaillé d’une nouvelle approche pour la réalisation impact plaque normale inverse à température élevée et combiné plaque de pression et de contrainte de cisaillement. L’approche implique l’utilisation d’un convecteur résistif-culasse pour chauffer un échantillon conservé sur le serveur frontal d’un sabot résistant à la chaleur à la température souhaitée.

Abstract

Une nouvelle approche pour le cisaillement pression normale et/ou combiné plaque impact des expériences à des températures jusqu'à 1000 ° C test est présentée. La méthode permet aux expériences de plaque résistant à température élevée visant à sonder le comportement dynamique des matériaux sous thermomécanique extrêmes, tout en atténuant plusieurs spéciales expérimentales défis tout en effectuant des expériences similaires à l’aide de la méthode impact plaque conventionnelle. Des adaptations personnalisées sont apportées à la culasse d’un canon à gaz-mono-étagé à la Case Western Reserve University ; ces adaptations incluent une rallonge usinées avec précision en acier 4340 SAE, qui est stratégiquement conçu pour s’accoupler le canon existant tout en offrant une tolérance élevée correspondent à l’alésage et rainure de clavette. La rallonge contient un radiateur cylindrique vertical-puits, qui abrite un ensemble de chauffage. Un résistif bobine chauffe-tête, capable d’atteindre des températures de jusqu'à 1200 ° C, est attachée à une tige verticale avec axial/rotation degrés de libertés ; Cela permet des éprouvettes métalliques minces qui s’est tenues sur le serveur frontal d’un sabot résistant à la chaleur pour chauffer uniformément à travers le diamètre pour les températures d’essai souhaitée. En chauffant la plaque circulaire (dans ce cas, l’échantillon) à la culasse du Canon-Canon plutôt qu’à la cible-fin, plusieurs défis expérimentaux critiques peuvent être évitées. Ceux-ci incluent : 1) des modifications graves dans l’alignement de la plaque cible durant le chauffage en raison de la dilatation thermique des plusieurs composants de l’assemblage du support cible ; 2) les défis qui se posent en raison des éléments de diagnostic, (i.e., réseaux holographiques de polymère et les sondes optiques) étant trop proche de l’assembly cible chauffée ; 3) les défis qui se posent pour les plaques de la cible avec une optique fenêtres, où les tolérances cruciales entre l’échantillon, libellés en couche et deviennent de plus en plus difficile de maintenir des températures élevées ; 4) dans le cas de combiné compression cisaillement plaque impact expériences, la nécessité pour les réseaux de diffraction résistant à haute température pour la mesure de la vitesse des particules transversale à la surface libre de la cible ; et 5) restrictions imposées sur la vitesse d’impact nécessaire pour une interprétation sans équivoque de la vitesse surface libre mesurée par rapport à la courbe de temps en raison de la thermique ramollissement et éventuellement céder des plaques cible englobante. En utilisant les adaptations mentionnées ci-dessus, nous présentons les résultats d’une série d’expériences d’impact plaque normale géométrie inversée sur l’aluminium de pureté commerciale à une plage de températures de l’échantillon. Ces expériences montrent diminuant les vitesses des particules dans l’État touché, qui ont une valeur indicatives du matériel ramollissement (baisse de tension de rendement après écoulement) avec augmentation de la température de l’échantillon.

Introduction

Dans les applications d’ingénierie, les matériaux sont soumis à un large éventail de conditions, qui peuvent être statiques ou dynamiques par nature, couplée à des niveaux élevés de déformation et de températures allant de la salle près du point de fusion. En vertu de ces extrêmes thermomécanique le comportement peut varier radicalement ; ainsi, près d’un siècle, plusieurs expériences ont été développées visant à sonder la réponse dynamique et/ou autres caractéristiques du comportement alors que sous contrôle chargement régimes1,2,3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14. pour métaux chargés faibles à vitesses de déformation intermédiaires (10-6-10 0/s), vis de servo-hydraulique ou precision machines d’essai universelles ont été utilisées pour étudier la réponse de matériel soumis à différents modes de chargement et niveaux de déformation. Mais comme la souche appliquée les taux augmentent au-delà des vitesses de déformation intermédiaires (i.e., > 102/s), autres techniques expérimentales sont imposent pour sonder la réponse mécanique. Par exemple, au taux de 103/s de charge vers le haut à 5 × 10,4/s pleines ou miniaturisés permettent de bars pression Split-Hopkinson ces mesures à faire8,15.

Traditionnellement, les gaz-canons légers et/ou expériences impact plaque explosivement entraînés ont été utilisés pour étudier l’inélasticité de dynamique et d’autres phénomènes comme la spallation, ou phase de transformation qui se produisent avec des vitesses de déformation très élevée (10,5-10 7/s),16,17,18,19,20,21,22, ou des combinaisons de hautes pressions et chargement dynamique. Habituellement, les expériences impact plaque impliquent le lancement d’une plaque circulaire porté par un sabot initialement à la culasse du fusil à gaz, puis se déplace sur toute la longueur du Canon-Canon, et faite d’entrer en collision avec une plaque cible fixe soigneusement alignés à la chambre de l’impact. Suite à l’impact, normale et/ou de la combination de la pression et les contraintes de cisaillement sont générés à l’interface de flyer/cible, qui voyage à travers les dimensions spatiales des plaques comme des ondes longitudinales et/ou combiné des contraintes longitudinales et transversales. L’arrivée de ces ondes à la surface arrière de la plaque cible affecte la vitesse instantanée particule libre de surface de la plaque de la cible, qui est généralement contrôlée par des techniques interférométriques. Afin de permettre l’interprétation de la vitesse des particules mesurées versus évolution temporelle, il est nécessaire que les ondes planes avec un front parallèle à la surface d’impact être générées sur impact14,23. Pour assurer l’impact ancien, doit avoir lieu avec un angle d’inclinaison de répercussions sur l’ordre de moins d’un milli-radian12,24, avec des surfaces d’impact de la planéité mieux que quelques micromètres5,25.

Expériences d’impact plaque ont été adaptées pour inclure les résistances qui permettent les enquêtes de comportement d’étendre en thermomécanique extrêmes26,27,28,29. Ces adaptations comportent généralement l’ajout d’une bobine d’induction ou d’un élément de chauffage résistif de la cible-fin du fusil à gaz ; Bien que ces adaptations ont été montrées expérimentalement réalisables, l’approche entraîne intrinsèquement spéciales défis expérimentaux qui nécessitent une attention minutieuse. Certaines de ces complications expérimentales incluent une dilatation thermique différentielle des différents constituants de l’assemblage du support cible et/ou appareil d’alignement tout en chauffant la plaque cible (échantillon), qui nécessite des ajustements en temps réel l’alignement, habituellement fait avec des outils d’alignement télécommandé avec rétroaction continue afin de maintenir la tolérance essentielle de parallélisme entre l’échantillon et la plaque. Dans le cas du régime expérimental de l’impact pression-cisaillement plaque, chauffage de l’échantillon nécessite des grilles conventionnelles polymère remplacés par des caillebotis métalliques résistant à haute température afin de contrôler la vitesse des particules transversale à la surface libre de la plaque de mire. En outre, chauffage de l’échantillon peut ajouter limites sur la vitesse d’impact qui peut être employée dans certains régimes expérimentaux, tels que dans la souche haute taux combinés configuration d’impact plaque de pression et de contrainte de cisaillement, où les considérations spéciales peuvent être nécessaires pour éviter une interprétation sans équivoque des résultats expérimentaux, qui sont calculées à l’aide de l’impédance acoustique de l’avant et l’arrière cible plaques qui peuvent être dépendante de la température. Enfin, pour les autres régimes expérimentaux, qui exigent une plaque de mire avec une fenêtre optique, de la tolérance entre les échantillons, couche liaison et/ou revêtements devenus de plus en plus difficiles de maintenir à des températures élevées,19.

Pour pallier les difficultés expérimentales mentionnées ci-dessus, nous avons fait des adaptations personnalisées à l’existant mono-étage-Canon à gaz situé à Case Western Reserve University (CWRU)7,30,31,32 . Ces modifications permettent des éprouvettes métalliques minces qui s’est tenues sur le serveur frontal d’un sabot résistant à la chaleur pour être chauffé à des températures supérieures à 1000 ° C, avant de déclencher, permettant à haute température normale et/ou combiné pression-cisaillement plaque impact expériences pour être réalisée. Contrairement à la plupart des approches conventionnelles utilisées pour les études d’impact plaque à température élevée, cette méthode s’est avérée soulager plusieurs des défis expérimentaux décrits ci-dessus. Par exemple, cette approche a été utilisée pour réaliser facilement les angles d’inclinaison de moins d’un milli-radian sans la nécessité d' ajustement de tilt à distance30, ou des éléments optiques supplémentaires pour surveiller les changements d’inclinaison au cours de l’expérience. Deuxièmement, étant donné que la plaque cible demeure sous la température ambiante, cette méthode ne nécessite pas la nécessité de réseaux holographiques résistant aux hautes températures spéciales pour la mesure de la vitesse des particules transversal dans les expériences de l’incidence oblique ; en outre, des vitesses d’impact plus élevées peuvent être utilisées sans risque de donner lieu à la cible sur plaque et ainsi, réduire la complexité dans l’interprétation des résultats expérimentaux. Pour ajouter, cette approche peut être utilisée pour réaliser des expériences d’impact de plaque normale inverse-géométrie haute température qui fournissent des relations nous-Up pour un échantillon de choix. Ceux-ci peuvent être obtenus par des techniques d’adaptation d’impédance, ou plus, une analyse de l’éventail de la raréfaction de la surface arrière de l’échantillon qui transportent l’information au sujet des changements dans la vitesse de choc échantillon au cours du déchargement33,34 . Dans la configuration d’impact plaque de cisaillement pression combinée à température élevée, cette approche permet la dynamique inélasticité des couches minces à étudier jusqu'à une température large et gamme de déformation plastique et vitesses de déformation à 107/s selon de l’épaisseur de l’échantillon mince16,27,29.

Nous présenterons les protocoles nécessaires pour réaliser une expérience d’impact plaque à température élevée typique discutée ci-dessus. Cela sera suivie d’une section dédiée aux résultats représentatifs obtenues à l’aide de la technique actuelle. Enfin, une discussion des résultats sera présentée avant une conclusion.

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Protocol

1. échantillon et cibler la préparation du matériel

Remarque : Dans le protocole suivant, nous détaillerons les étapes nécessaires à la préparation du matériel d’échantillon et de la cible, qui sera plus tard utilisé dans une expérience d’impact plaque normale géométrie inversée. Dans cette configuration, une plaque circulaire (aussi l’échantillon), qui s’est tenue à l’avant d’un sabot, sera lancée par un canon à gaz monocellulaire et rendue à l’impact d’une plaque de cible fixe, logée dans la chambre de cible du pistolet à gaz. Un assemblage de plaque typique de voyageur et cible décrit dans le protocole suivant est indiqué schématiquement à la Figure 1.

  1. Article une tige d’aluminium 99,999 % pureté commerciale polycristallin en disques qui servira plus tard comme les plaques de flyer (échantillons).
    Remarque : Ceci peut être fait en utilisant une vitesse lente afin d’éviter des températures élevées et des contraintes résiduelles dans la pièce à travailler.
  2. Face et tournez les disques de l’échantillon sur un tour à un diamètre de 76 mm et épaisseur de 5,6 mm.
  3. Percer trois trous de l’équidistance 5 mm de diamètre sur un cercle de "BOLD" de diamètre 62 mm sur les disques de l’échantillon, qui sera plus tard utilisé pour sécuriser les échantillons pour le sabot.
  4. Moudre les deux côtés des plaques échantillon afin d’assurer une tolérance de planéité et le parallélisme de près de 10 µm dans le diamètre des échantillons.
    1. Effectuer un tour rugueux sur les surfaces de plaque d’échantillon en utilisant une machine commerciale de rodage avec relativement grosse granulométrie (10 à 20 µm).
      Remarque : Un poids peuvent être ajouté dans cette étape jusqu'à ce que les surfaces rodées atteignent un gris même terne, indiquant l’uniformité à travers le diamètre du disque.
    2. Nettoyez soigneusement les échantillons rodées à l’éthanol pour éliminer les particules résiduelles et huile minérale. Ensuite, Polissez les deux surfaces des plaques échantillon à l’aide de la pâte de diamant 1 µm sur un chiffon à lustrer.
    3. Vérifier la planéité des échantillons en observant des bandes de lumière grâce à une optique fixe en contact avec la surface d’intérêt sous une source lumineuse monochromatique vert16.
      Remarque : La planéité peut être quantifiée en observant la courbure des bandes lumière sur la surface de l’échantillon, ou en comptant le nombre de bandes à travers le diamètre comme illustré à la Figure 2.
      1. Déménagement-l’à l’étape suivante si la lumière 3 bandes ou moins sont vus à travers le diamètre échantillon indiquant qu’une planéité d’environ 2 µm. sinon, répétez les étapes 1.4.1 - 1.4.3 jusqu'à 3 bandes légères ou mieux est atteint.
  5. Répétez les étapes 1.1-1.3 pour fabriquer les plaques de la cible. De l’article une tige d’alliage durci (haute résistance) précipitation (Table des matières) dans les disques et ensuite la machine à un diamètre de 25 mm et épaisseur 7 mm. Enfin, hachez les deux côtés à plat sur environ 10 µm.
    1. Les deux surfaces des plaques cible sur une machine de rodage à l’aide de poudre d’alumine de 15 µm dans l’huile minérale, jusqu'à ce que les surfaces parvenir un aspect gris terne même au tour.
      Remarque : Une granulométrie équivalent de lisier de diamant peut être utilisé pour atteindre des taux d’élimination plus rapides et meilleure surface réflectivement. En outre, les épaisseurs peuvent être utilisées.
    2. Répétez l’étape 1.4.2.
    3. Vérifier la planéité des plaques cible en répétant l’étape 1.4.3. Si on observe 1 bande lumineuse ou mieux passez à l’étape suivante. Sinon, répétez les étapes 1.4.1 - 1.4.3 jusqu'à l’obtention de 1 bande lumineuse ou plus. Si les réseaux holographiques sont nécessaires, passez à l’étape 1.5.4, sinon passez à l’étape 1.6.
  6. Utiliser une procédure similaire tel que décrit à l’étape 1.1-1.3 pour fabriquer la bague d’aluminium.
    1. L’article d’un tube en aluminium avec les diamètres externes et internes de 41 mm et 32 mm, respectivement, en rondelles et ensuite affronter les côtés d’une épaisseur de 7 mm.
    2. Percer six 3 mm diamètre fentes équidistantes sur un cercle de boulonnage de 34,5 mm de diamètre. Ce seront plus tard maison tension six biaisé cuivre broches, qui permettront d’inclinaison mesures prises à l’impact.
    3. Moudre, tour, nettoyer et polir les deux surfaces des anneaux en aluminium en utilisant les procédures décrites dans l’étape 1.4.
  7. Collez la plaque cible plate à l’anneau d’aluminium à l’aide d’un mélange d’époxy deux parties sur un plat de sécurisation rig tel qu’illustré à la Figure 3. Laissez l’époxy guérir du jour au lendemain à la température ambiante.
    Remarque : Les deux parties sont fixés à un stade en acier plat avec trois vis qui sont légèrement serrés afin que la pression appliquée sur la cible et l’anneau empêche la résine époxyde de fuite vers l’extérieur à la main.
    1. Enlever toute restes de colle des fentes radiales ou de la surface des plaques à l’acétone.
    2. Insérez l’assembly cible de bague plaque/aluminium dans l’anneau POM.
      Remarque : Le disque POM sera plus tard monté sur-titulaire d’une cible avec des degrés de liberté de rotation, permettant l’alignement des matériaux test dans le Canon.
    3. Marquer la position des six fentes radiales sur l’étape interne de l’anneau POM et percer six trous thru-épaisseur aux endroits marqués.
    4. Section 6 cuivre goupilles d’une bobine de AWG 15 émaillé fil de cuivre avec la longueur de ~ 50 mm et retirer l’isolant émaillée de la couche de deux d'entre eux. Enfoncez les broches dans les fentes de façon symétrique : deux broches de terre sont placées dans des endroits opposés du cercle. Poussez les broches dans les fentes et laisser environ 2 mm saillie vers l’extérieur de la surface de l’anneau.
      Remarque : Les broches sont utilisées pour mesurer l’angle d’inclinaison et fournissent le signal de déclenchement.
    5. Adhérer à bent-extrémités des goupilles en cuivre à la surface arrière de l’anneau POM avec de l’epoxy de prise très rapide.
    6. Utilisez un mélange d’époxy deux parties basse viscosité pour sceller l’écart entre la bague en aluminium et la paroi interne de l’anneau POM. Laissez l’époxy guérir du jour au lendemain à la température ambiante.
  8. Enlever l’excès de 2 mm de cuivre épingles qui dépassent de la surface de l’anneau d’aluminium. Article premier l’excédent épingle avec un outil rotatif et puis sable restant jusqu'à la surface à l’aide de papier de 300 grains de sable humide, jusqu'à ce que les broches sont presque à l’affleurement de la surface de l’anneau en aluminium.
    1. Tour, nettoyer et polir l’ensemble en répétant les étapes 1.4.1-1.4.3. S’assurer que toute l’Assemblée se chevauchant sur plate à 2-3 bandes de lumière.
    2. Souder les extrémités des six broches cuivre à la surface arrière de l’anneau POM et monter l’anneau POM pour le titulaire de la cible à l’aide de quatre épingles de POM diamètre 6,35 mm.

2. montage du Sabot résistant à la chaleur personnalisé

  1. Rassembler les composants d’assemblage pour le sabot résistant à la chaleur, illustré à la Figure 4.
  2. Fixer un anneau à l’extrémité inférieure de la capsule en aluminium et de garantir une étanchéité joint torique et un PTFE clés dans les rainures de la PAC.
    Remarque : La clé et le joint torique sont utilisés pour empêcher l’inclinaison et la rotation du sabot au cours de son voyage dans le canon du pistolet.
    1. Tirez le fils de thermo couple par le trou au fond de la PAC et fixez le fil thermo-couple dans un connecteur.
  3. Adhérer à la PAC pour le back-end et le silicate d’alumine alimentées entièrement au tube de roche de lave pour le front-end du tube en aluminium avec de l’epoxy de prise rapide de deux parties.
  4. Tirez la sonde thermo-couple par le trou dans le porte-échantillon 76,2 mm diamètre H13 outil en acier allié.
  5. Respecter le porte-échantillon H13 pour les serveurs frontaux du tube lave à l’aide de ciment de haute température, ou adhésif équivalent à haute température.
  6. Appliquer le ciment de haute température autour du 25 mm de diamètre et 3 mm épais lave disque assis sur le dessus le trou concentriques de diamètre intérieur thru-épaisseur 19 mm du titulaire H13. Laisser le ciment haute température sécher pendant la nuit à température ambiante.
  7. Fixer l’échantillon à H13 porte-échantillon à l’aide de trois vis d’alumine et s’assurer que la planéité de l’échantillon ne change pas en utilisant le protocole décrit en 1.4.3.

3. assemblage des matériaux dans le canon à gaz-Test

  1. Nettoyer la surface avant de l’échantillon et la cible avec l’alcool isopropylique et puis utiliser du ruban pour fixer la premières surfaces miroirs à la surface de chaque.
  2. Vis serrer un stade 3 axes sur une tige extrusion qui précède le Canon Canon au sein de la chambre de l’impact et visser le support de prisme transportant un prisme optique de précision sur la scène.
  3. Tirer une corde par le Canon et fixer la corde sur le sabot via l’oeillet sur le capuchon en aluminium.
  4. Placez le sabot dans Canon avec l’échantillon faisant face à la chambre de l’impact et placez l’assemblage du support cible dans la chambre de cible face à l’échantillon.
  5. Aligner la position de la cible en ajustant les quatre goupilles de positionnement POM jusqu'à ce que le miroir de première surface sur la cible est aligné sur le miroir de première surface sur l’échantillon.
    1. Effectuer un alignement approximatif du parallélisme entre les plaques d’échantillon et de la cible à l’aide d’une ampoule diffuse et un miroir réfléchissant. Ajuster la scène jusqu'à ce qu’une seule image réfléchie continue de l’ampoule peut être vu de toutes les surfaces sur le prisme de l’alignement.
  6. Utilisez un auto-collimateur24 pour réaliser l’alignement fine.
    1. Ajuster la scène jusqu'à ce que l’image réfléchie de la Croix de la surface arrière du prisme est alignée avec l’image réfléchie par le miroir de première surface sur l’échantillon.
    2. Ajuster l’assembly cible en tournant les vis de positionnement sur le titulaire de la cible jusqu'à ce que l’image réfléchie de la Croix de la surface arrière du prisme est alignée avec l’image réfléchie par le miroir de première surface sur la cible.
  7. Retirez les miroirs de la première surface de l’échantillon et la cible. Également supprimer le miroir réfléchissant, prism, titulaire de prisme et l’étape de réglage de la chambre de l’impact.
  8. Tirez sur le sabot à la culasse du fusil à gaz à l’aide de la corde et puis retirer la corde de la PAC.
  9. Laisser ~ 2,5 mm distance entre le sabot et la tête et ajuster en conséquence la longueur des vis qui empêchent le mouvement arrière de la sabot vers la culasse.
  10. Connecter le thermique-couple à l’écran de diagnostic de température.
    Remarque : Le fil thermique-couple de la fin de moniteur de température a l’intérieur du canon à travers le tuyau de vide à l’aide d’une traversée.

4. schéma de montage et alignement des Diagnostics par Laser

  1. Mettre deux chevilles filetées dans les trous à l’arrière du porte-sonde focuser. Serrer les deux vis à travers les dispositifs d’ancrage jusqu'à ce qu’ils atteignent le POM pour permettre la liberté de changer l’angle du faisceau incident.
    1. Percer un trou de thru-épaisseur sur la partie inférieure du porte-sonde focuser et fixez-le sur un aimant cylindrique fileté.
    2. Tirez une sonde de focuser de fibre optique à travers un tube en aluminium et coller la sonde dans le tube d’aluminium en appliquant époxy extra rapide-ensemble autour de la tête de la sonde et l’embout du tube en aluminium. Poussez la tête de sonde comme avant-centre dans le tube que possible, mais veiller à laisser la lentille de la sonde de l’époxy. Attendez que l’époxy extra rapide-set est durcie.
    3. Connectez le focuser optique à la tout-fibre-optique NDI/TDI interféromètre31et placez l’assemblage de focuser sur le support de l’objectif visant à atteindre l’arrière de la surface de la cible.
  2. Allumer l’appareil, en l’occurrence une fibre Erbium de 2W couplé laser, de 0,2 à 0,4 W de puissance. Ensuite, ajustez la position de la sonde de mise au point à l’aide des vis sur l’ensemble de la mise au point jusqu'à ce que le bon couplage léger est réalisé et le signal acquis est optimisé.
  3. Ajuster le coupleur à rapport variable en fonction de l’intensité de la référence et la lumière décalée Doppler jusqu'à ce que le signal indiqué sur l’oscilloscope est optimisé.
    NOTE : Si le mouvement transversal diagnostics sont nécessaires, veuillez vous reporter aux étapes 4.5-4.6.
  4. Mettre deux chevilles filetées dans les trous à l’arrière du porte-oculaire POM et puis serrer les deux vis à travers les dispositifs d’ancrage jusqu'à ce qu’ils touchent la POM.
    1. Percer un trou de thru-épaisseur sur la partie inférieure du porte-sonde focuser et fixez-le sur un aimant cylindrique fileté.
    2. Tirez une sonde de collimateur de fibre optique à travers un tube en aluminium et coller la sonde dans le tube d’aluminium en appliquant époxy extra rapide-ensemble autour de la tête de la sonde et l’embout du tube en aluminium. Poussez la tête de sonde comme avant-centre dans le tube que possible, mais veiller à laisser la lentille de la sonde de l’époxy. Attendez que l’époxy extra rapide-set est durcie.
    3. Répétez les étapes ci-dessus de 4.4 à faire deux assemblées et les mettre dans la chambre de l’impact.
  5. Ajustez les positions et les angles des réception collimateurs fibre optique avec l’aimant, et les deux vis sur le support POM jusqu'à ce que l’intensité de l’ordre du premier diffractée poutres mesurées par les moniteurs de la puissance est optimisée.
  6. Débrancher le moniteur de l’alimentation et les deux collimateurs réceptrices à la tout-fibre-optique TDI interféromètre31.

5. exécution des hautes températures géométrie inverse Normal/pression-cisaillement plaque Impact expériences

  1. Fixer la bride primaire en serrant les quatre pinces sur l’entrée de la chambre de l’impact et puis fermez la chambre à l’aide d’un film polyester boulonné à une bride secondaire.
  2. Augmenter la pression de joint à ~ 207 kPa et puis fermez le gaz-pistolet à la culasse en serrant les vis de la bride.
  3. Mettre en marche la pompe à vide-culasse et puis tourner sur la pompe à vide chambre bout cible.
  4. S’assurer qu’il n’y a aucun mouvement de la sabot vers la chambre causée par la différence de pression entre l’avant et l’arrière de la sabot. Attendre que la chambre est vide à une pression inférieure à 100 mTorr.
  5. Allumez le système de mesure laser dotés d’amplitude sabot impact vitesse.
  6. Abaisser le chauffage à la position marquée et allumez l’appareil de chauffage. Augmenter la température du chauffage avec des incréments de 100 ° C jusqu'à ce que la température de l’échantillon souhaité est atteint.
  7. Pressuriser le tir vidage chambre 1103 ~ kPa et la chambre de charge au niveau désiré selon le choisi vitesse d’impact. En outre, garantir le récupérateur de sabot à la chambre de l’impact.
  8. Éteignez l’appareil et immédiatement monter le radiateur vers le haut vers l’appareil de chauffage-puits. Enregistrer la température affichée sur la température moniteur diagnostique mesurée par le thermocouple de sabot à la surface de l’échantillon.
  9. Ouvrir immédiatement la vanne d’étanchéité et le rejet le dump de mise à feu de chambre une fois la pression de joint tombe à zéro.

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Representative Results

Alésage d’un 82,5 mm, longueur 6 m, Canon à gaz mono-étagés à CWRU capable d’accélération 0,8 kg de projectiles à des vitesses allant jusqu'à 700 m/s a été utilisé dans le cadre de ces expériences. La figure 5 montre une photographie de l’installation mis à jour le gaz-pistolet au CWRU. Avant de déclencher, le sabot personnalisé conçu est logé dans la rallonge de radiateur, illustrée à la Figure 6. La rallonge porte verticale chauffage-puits permettant un convecteur résistif pour se déplacer dans et hors de la voie de la sabot. Cette spirale chauffante permet la plaque circulaire qui s’est tenue à l’avant du sabot à chauffer par le biais de rayonnement libre sous vide pour les températures d’essai souhaitée. Le sabot est personnalisé conçu pour transporter la plaque chauffée flyer tout en atténuant le flux de chaleur de la plaque circulaire dans le corps du sabot, ce qui atténue le risque de saisie de la sabot en raison de la dilatation thermique possible du corps sabot. La conception personnalisée de sabot est montrée schématiquement à la Figure 7. La clé de la conception est le tube isolant en céramique, fait à partir de silicate d’alumine entièrement cuite, choisi pour sa faible conductivité thermique, faible dilatation thermique et excellente résilience comparativement à d’autres céramiques usinables disponibles dans le commerce. Une fois que la température d’essai désirée est atteinte, la tête est manuellement déplacée hors de la trajectoire du projectile et logée dans le puits de chauffage. Juste avant le tir du canon à gaz, la température de l’échantillon est enregistrée via une sonde thermocouple fixée à l’avant de la plaque circulaire. Pour cette expérience particulière, la vitesse du projectile est environ 100 m/s, par ailleurs, en supposant une accélération constante, il faut un peu plus d’un dixième de seconde pour le projectile pour atteindre la cible, la température enregistrée juste avant le tir est donc considéré comme une bonne estimation de la température de l’échantillon initial à l’impact. Ensuite, le protocole de mise à feu est effectué. Lorsque la pression de joint de la culasse atteint la pression atmosphérique et la pression de déclenchement est déversée dans la décharge de mise à feu de chambre, le piston maintenir une étanchéité entre le canon de chambre et le pistolet de charge est déplacée vers l’arrière. Ceci permet à gaz haute pression rapidement couler vers l’extérieur de la culasse et lancer le sabot. Le sabot se déplace sur toute la longueur du Canon-Canon et se reportera à la collision avec la plaque cible fixe à la chambre de l’impact.

Le sabot personnalisé conçu permet à la plaque circulaire soit normale ou inclinées par rapport à l’axe du mouvement. Figure 8 et Figure 9 schématiquement montrent la plaque normale et oblique inverse impact configurations, respectivement ; Cependant, seulement la configuration d’impact plaque normale inverse est décrit dans le présent manuscrit. La figure 10 montre une photographie d’un assemblage du support cible typique utilisé dans ces expériences. Les degrés de liberté de rotation permettent un alignement précis de la plaque de mire à la plaque circulaire. L’alignement est effectué à l’aide d’un prisme usinées de précision en conjonction avec un autocollimateur, comme le montre schématiquement à la Figure 11. Au cours de l’alignement, faisceaux parallèles de l’Autocollimateur reflète sur la surface du prisme, cible et électro-pyrotechnique ; un troisième faisceau reflète sur la surface intérieure du prisme. Les rayons réfléchis restent parallèles si et seulement si les surfaces de plaque circulaire et cible sont parallèles les uns aux autres et perpendiculaire à la surface arrière du prisme. Les faisceaux parallèles d’arrivée convergeront ensuite pour former une seule image sur le réticule de l’Autocollimateur signifiant que les surfaces soient bien alignés.

Pour le régime d’impact plaque normale inverse, lors de l’impact, les contraintes normales sont générés à l’interface de flyer/cible qui traversent les dimensions spatiales des plaques comme une onde longitudinale de stress avec un front parallèle à la surface d’impact (à condition que la planéité et tolérances de parallélisme sont remplies). Lors de l’impact, les broches femelles tension viennent en contact avec la plaque métallique circulaire portée par le sabot, création d’un chemin d’accès à la terre. Les signaux émis par les broches de court-circuit sont surveillés par le circuit d’acquisition tilt, numérisés et puis enregistrés grâce à un oscilloscope. Ces signaux fournit des informations quantitatives concernant l’inclinaison maximale à l’impact, ainsi que, le plan d’inclinaison et en outre fournit une impulsion de déclenchement pour l’oscilloscope commencer l’enregistrement de signaux depuis le diagnostic de mouvement normal. Dans la présente étude, un in-house construit tout fibre optique basée combiné normal et interféromètre de déplacement transversal est utilisé pour surveiller le mouvement libre de surface de la cible (Figure 12). La figure 13 montre les données brutes enregistrées au cours d’une expérience réussie de géométrie inverse d’impact plaque normale. Les données dans ce complot permettent à l’utilisateur de confirmer que le protocole susmentionné a été effectué correctement. En rouge est le signal fourni par le circuit d’acquisition de tilt. Pour cette expérience, la différence de temps entre la mise en court-circuit les broches de la première et la dernière tension biaisée est environ 180 ns, ce qui indique que la distance entre le premier et le dernier point de contact lors de l’impact a été d’environ 18 µm (étant donné que le projectile voyagé à 100 m/s), donc l’inclinaison maximum impact mesuré à travers le cercle de boulonnage de 34,5 mm était environ 0,52 mrad. Si le protocole d’alignement n’est pas effectué de façon satisfaisante, un moment d’inclinaison beaucoup plus grand serait observé, et un niveau d’inclinaison supérieur à un couple mrad pourrait convolute le profil de l’onde de choc mesurée à la surface libre. Une autre indication d’une expérience réussie est la différence de temps entre la première broche court-circuitée et l’arrivée de l’onde longitudinale à la surface libre de la plaque de la cible. La vague de stress générée à impact se déplace à une vitesse constante, pourvu que la plaque cible reste élastique. Pour la tige de l’alliage utilisée dans cette étude, la vitesse de l’onde longitudinale est environ 5820 m/s, donc connaître l’épaisseur de la cible, 7 mm, suggère que l’onde longitudinale devrait arriver environ 1,2 µs après l’impact. Dans la Figure 13, l’arrivée de l’onde de tension longitudinale est marquée par une variation de fréquence et d’amplitude battement rapide du signal acquis auprès des diagnostics de mouvement normal. Une arrivée tardive de l’onde de tension longitudinale peut indiquer une grande inclinaison, inélasticité de la plaque de mire, ou la préparation de l’Assemblée une mauvaise cible.

La figure 14 montre le schéma de la contrainte versus diagramme/vitesse de particules pour une expérience de plaque-impact de compression générale choc normal dans lequel les deux le flyer préchauffé et la plaque cible peuvent subir élasto-plastique déformation à l’impact. Les locus de tous les États de vélocité de stress/particule pour la plaque cible sous contrainte uniaxiale est représentée par la courbe noire passant par l’origine, tandis que les locus de tous les États de vélocité de stress/particule pour le flyer est représentée par la courbe noire intersection de l’axe de la vitesse de particules à la vitesse du projectile. La courbe rouge se coupant l’axe de la vitesse de particules à la vitesse du projectile est censée illustrer l’effet possible de la température sur le locus des États pour l’échantillon. Pour un choc contre un exemple de la température ambiante, à l’interface de l’échantillon/cible la plaque cible se déplace d’un État non chargé (1), à un État chargé (3), après la tiret-point ligne (Raleigh) avec une pente égale à l’impédance longitudinale de la plaque cible matériau à l’État (3), tandis que la plaque d’échantillon se déplace d’un état déchargé (2) à un État chargé (3), en suivant la ligne de Raleigh avec une pente égale à l’impédance longitudinale de l’échantillon à l’État (3). L’intersection entre ces deux lignes indiquent les États de stress et de la vitesse maximales réalisables grâce à l’adaptation d’impédance au cours de cette expérience à l’interface de l’échantillon/cible. En outre, les États de vélocité de stress/particule à l’affect d’interface échantillon/cible précise de la vitesse des particules à la surface libre de la cible plaque, cela montre que l’État (4). Impact avec un échantillon avec une impédance acoustique longitudinale inférieure, se traduirait par un changement dans les États réalisables à l’interface de l’échantillon/cible de (3) à (5) et par conséquent, à la surface libre de la cible de (4) à (6), ainsi, cela montre comment les légers changements de l’impédance acoustique longitudinale de l’échantillon sont détectables en surveillant la vitesse des particules à la surface libre de la plaque de la cible.

Il faut noter, que la vitesse des particules à la surface libre de la cible est au moins double de celui de la vitesse des particules à l’interface de l’échantillon/cible, mais ce facteur change en fonction de la vitesse de propagation des ondes en plastique, en conséquence, l’état de stress à l’échantillon / interface cible est estimée au moyen de7

Equation 1

où Equation 2 est un intervalle de temps discrétisée représenté comme Equation 3 , où h est l’inverse de la fréquence d’échantillonnage de l’oscilloscope (2,5 x 10 10/s), Equation 4 où L est l’épaisseur de la plaque de mire et Equation 5 est une vitesse dépendant de la contrainte moyenne de propagation en plastique dans la plaque cible mesurée à la surface libre en temps Equation 2 . Equation 6 , et Equation 7 sont respectivement de la vitesse d’onde longitudinale élastiques et la densité de la plaque de mire et Equation 8 est la vitesse des particules mesurées à la surface libre de la plaque de la cible. En outre, depuis la particule de surface libre mesurée vitesse correspondant au plateau de vélocité (État (3)), l’impédance acoustique longitudinale du flyer (échantillon) peut être estimée à l’aide de32

Equation 9

La figure 15 montre la trace de vitesse de carène particule obtenue à partir des diagnostics de mouvement normal. Cette trace manifeste initialement une hausse relativement forte vitesse associée à la dynamique de l’impact, suivie par un plateau résultant d’une correspondance d’impédance entre les plaques de voyageur et cible qui est maintenue pendant toute la durée de l’expérience. L’augmentation de la vitesse initiale est directement liée à la résistance dynamique et l’écoulement plastique naissante du matériau cible plaque, tandis que, la vitesse dans le plateau de choc est reliée à la correspondance d’impédance entre les plaques de la cible et le flyer. La figure montre clairement les vitesses des particules diminue progressivement au plateau de vélocité du front d’onde et de particule en fonction de l’augmentation de la température, ce qui suggère un ramollissement thermique possible et/ou monotone décroissante impédance longitudinale de le matériau de l’échantillon avec la température.

Un résultat plus intéressant peut être vu dans la Figure 16, qui montre que la trace de la vitesse normale particule libre de surface prélevée inverse géométrie plaque normale impact expériences réalisées sur le magnésium polycristallin de pureté commerciale. De même, à la Figure 15, Figure 16(a) montre monotone décroissante vitesses des particules sur le plateau de choc avec l’augmentation des températures de l’ordre de 23 – 610 ° c, toutefois, à des températures au-delà de ce niveau (c.-à-d., 617, 630 ° c), un inversion de cette tendance peut être observée clairement. Cette augmentation de la vitesse des particules suggère une augmentation de l’impédance de choc de l’échantillon, par ailleurs, en supposant que les constantes élastiques du matériau diminuent en fonction de la température, puis une augmentation de l’impédance de choc, dans ce affaire, suggère une augmentation de la limite d’élasticité ou module en plastique de l’échantillon. En regardant attentivement Figure 16b, on peut constater que l’augmentation de la vitesse des particules sur le plateau de choc s’accompagne d’une augmentation des niveaux de vélocité de particule tout au long de la montée initiale dans la trace de la vitesse de particules, qui est en corrélation avec le niveaux de stress à l’interface de l’échantillon/cible au cours de la plasticité naissante de l’échantillon. La figure 17 montre les micrographies de coupes transversales de la surface d’impact des éprouvettes après. Les images montrent les deux effets notables sur la microstructure en raison de l’augmentation de la température. Tout d’abord, les images montrent grain maturation avec augmentation température de l’échantillon, qui est attendue. Cependant, les images montrent également un changement dans les formations de bande de jumeaux, qui se manifestent sous forme de lignes avec une largeur finie qui coupent les grains ou tabulaires caractéristiques. En regardant attentivement les images correspondant à des températures allant de 23 à 500 ° c, une nette diminution dans les bandes de jumeaux sont observés lorsque la température augmente. Toutefois, à des températures élevées (c.-à-d., 610, 617, 630 ° c) une résurgence de ces bandes de jumeaux sont respectées, ce qui suggère que la formation de bandes de jumeaux est favorisée à la fin-de cette plage de température. Étant donné que la déformation plastique en magnésium est hébergée par le biais des mécanismes concurrents double bande formations et glissement, il est plausible que la formation de bandes de jumeaux favorisée observée dans le cas de la température de test plus haut donne à penser que la glissade est devenue plus difficile dans ces conditions.

Figure 1
Figure 1 : schéma d’un assemblage typique flyer plaque et cible plaque. Cette figure illustre un simple schématique des assemblées plaque circulaire et cible utilisées dans une configuration expérimentale actuelle. Un protocole approfondi pour la préparation de ces pièces sont détaillées dans les étapes 1.1 à 1.7. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : photo de la méthode de mesure de planéité. Cette figure montre la mesure de la planéité des plaques en plaçant une optique plat sur la surface d’intérêt sous une lumière monochromatique verte. Planéité peut être quantifiées (un) en observant la courbure des bandes lumière sur la surface de l’échantillon, ou (b) en comptant le nombre de bandes sur le diamètre. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : photo d’un plat sécurisation rig. Cette figure montre la plaque de mire et l’anneau en aluminium sont fixés à un stade en acier plat avec trois vis qui sont légèrement serrés afin que la pression appliquée sur la cible et l’anneau empêche la résine époxyde de fuite à la main. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 : photo des composants dans la conception de sabot. Cette figure montre les composantes de l’Assemblée de personnalisé sabot résistant à la chaleur. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 5
Figure 5 : installation de gaz-pistolet à CWRU. Cette figure montre une photographie de l’installation de gaz-pistolet monocellulaires à la Case Western Reserve University. En rouge, c’est la coutume conçu le système de chauffage qui s’accouple avec le canon existant, et permet aux conditions de température à transmettre pour le sabot souhaitées. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 6
Figure 6 : schéma de l’installation de chauffage. Cette figure montre une représentation schématique de l’installation de chauffage fixée la culasse de Canon à gaz haute pression mono-étage. La rallonge personnalisé incorpore un chauffage-puits qui abrite un serpentin de chauffage résistif qui s’est tenu sur une tige axiale et rotation de degrés de liberté. Cette bobine peut se déplacer en ligne avec le projectile et éprouvettes métalliques minces de chaleur qui s’est tenue à l’avant du sabot à des températures supérieures à 1000 ° C, avant de déclencher. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 7
Figure 7 : schématique de la sabot résistant à la chaleur. Cette figure montre une représentation schématique de la sabot utilisé dans une configuration expérimentale actuelle. Le tube de silicate d’alumine permet d’atténuer la dissipation de la chaleur provenant du spécimen de métal mince chauffée au corps sabot, minimisant ainsi le risque de grippage de la sabot dans le canon en raison de la dilatation thermique possible du corps sabot. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 8
Figure 8 : schéma de l’expérience d’impact haute température configuration inverse plaque normale. Le sabot portant la plaque chauffée flyer est propulsé dans le canon de l’arme à feu et d’entrer en collision avec l’assembly cible. Lors de l’impact, épingles baignées de fleur avec la plaque cible fournissent l’impulsion de déclenchement et inclinez le diagnostic, tandis que le mouvement libre de surface de la plaque cible est contrôlé par PDV intégré personnalisé. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 9
Figure 9 : schéma de l’expérience d’impact plaque oblique symétrique typique. Dans cette configuration, une plaque circulaire est inclinée par rapport à l’axe de mouvement, qui, lors de l’impact, fournit des composants normaux et transversales du mouvement par rapport à la normale de la surface d’impact. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 10
Figure 10 : photo d’un assemblage du support cible typique. Cette figure montre l’assemblage du support cible typique utilisé pour deux expériences d’impact plaque normale ou oblique. L’assembly cible indiqué dans le centre est liée à la coupelle de cible par l’intermédiaire de broches de POM et degrés de liberté de rotation permettent un alignement précis à faire. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 11
Figure 11 : schéma d’alignement de prisme. Cette figure montre une illustration du régime l’alignement pour les plaques de voyageur et cible à l’aide d’un prisme à angle droit de haute précision en conjonction avec un autocollimateur. Un troisième faisceau faisceaux parallèles (indiqué en rouge) de l’Autocollimateur reflète sur la surface du prisme, cible et électro-pyrotechnique, témoigne de la surface intérieure du prisme. Les rayons réfléchis (représentés en noir) maintiennent le parallélisme étant donné que les surfaces de plaque circulaire et cible sont parallèles entre eux et perpendiculaires à la surface arrière du prisme. Les faisceaux parallèles d’arrivée convergent pour former une seule image sur le réticule de l’Autocollimateur. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 12
Figure 12 : schéma de la coutume tout fibre optique basé déplacement normal et transversal interféromètre système de combiné. Cette configuration utilise un PDV modifié, affiché en bleu, pour surveiller le mouvement normal de la plaque de la cible et éclairer un caillebotis holographique à la surface libre de la cible, créant plusieurs ordre diffractée poutres. Ces poutres (généralement de premier ordre) peuvent être couplés dans les fibres et combinées pour créer des variations de fréquence de battement proportionnel au mouvement transversal de la plaque de la cible, c’est indiqué en rouge. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 13
Figure 13 : données brutes d’une plaque normale typique d’impact experiment. Cette figure montre le signal enregistré obtenu au cours d’une expérience typique de la géométrie inverse d’impact plaque normale. Montré en rouge le signal provient des broches femelles tension court-circuit attachés à l’anneau en aluminium lors de l’impact. La différence de temps entre la première et la dernière goupille court-circuitée donnent une estimation de l’inclinaison maximale à l’impact, et l’ordre dont les broches sont court-circuitées permettent les estimations concernant le plan d’inclinaison à faire. Illustré en noir le signal provient de nos diagnostics de mouvement normal, ici les variations de fréquence de battement sont liées au mouvement normal de la surface libre de la plaque de la cible. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 14
Figure 14 : contrainte versus diagramme/vitesse de particules pour une expérimentation d’impact plaque normale configuration inverse. Cette figure montre la contrainte versus diagramme/vitesse de particules pour une expérience d’impact de plaque normale de géométrie inversée à température élevée. La courbe centrée à détails d’origine le lieu géométrique de tous les États de stress réalisable pour la plaque de mire isotrope, considérant que la courbe provenant de détails0 V le lieu géométrique de tous États pour le matériel de l’échantillon à la température ambiante, en outre, la courbe rouge intersection Vo vise à montrer l’effet possible de l’augmentation de la température. Lors de l’impact contre un exemple de la température ambiante, la plaque de mire se déplace d’un État non chargé (1) à un État chargé (3), considérant que, si l’impact est effectué sur un échantillon de préchauffé, la cible se déplace de l’État (1) d’État (5), en conséquence, déplacement de la surface libre États de vitesse de particules (4) à (6). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 15
Figure 15 : record de vitesse en surface libre Normal pour la configuration expérimentale actuelle. Cette figure montre la trace de vélocité de particule libre de surface obtenue à partir des diagnostics de mouvement normal. Cette trace manifeste initialement une hausse relativement forte vitesse associée à la dynamique de l’impact, suivie par un plateau résultant d’une correspondance d’impédance entre les plaques de voyageur et cible qui est maintenue pendant toute la durée de l’expérience. L’augmentation de la vitesse initiale est directement liée à la contrainte dans l’échantillon de Al à l’interface de flyer/cible que le choc évolue, alors que la vitesse dans le plateau de choc est liée à l’impédance du match entre la cible et le flyer plaques. Dans l’ensemble, l’intrigue montre diminuant les vitesses des particules dans l’ensemble, avec l’augmentation de la température, ce qui suggère un ramollissement thermique possible de l’échantillon dans les conditions actuelles de chargement. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 16
Figure 16. Trace de vitesse normale particule libre de surface obtenus à partir d’expériences réalisées sur le magnésium polycristallin de pureté commerciale. (a) les spectacles diminuant monotone des vitesses des particules sur le plateau de choc pour des températures allant de chambre à 610 ° c, toutefois à des températures élevées (617, 630 ° c), la tendance est inversée. (b) montre que cette augmentation de la vitesse des particules est également manifeste dans l’augmentation initiale de la courbe de vitesse de particules. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 17
Figure 17. Images microscopique d’un échantillon représentatif de l’impact après éprouvettes. Les images montrent les deux effets notables sur la microstructure de l’échantillon en raison de l’augmentation de la température. Tout d’abord, les images montrent la maturation avec une augmentation de température de l’échantillon de grain, mais plus intéressant encore est le changement dans les formations de bande double, qui se manifestent sous forme de lignes avec largeur finie qui coupent les grains ou tabulaires caractéristiques. Pour des températures allant de 23 à 500 ° c, une diminution de la formation de bandes de jumeaux peuvent être observés, cependant, quand la température augmentent au-delà de ce point (c.-à-d., 610, 617, 630 ° c) on observe clairement une résurgence de bandes de jumeaux. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

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Discussion

La méthode et le protocole indiqué ci-dessus détaillée la procédure pour effectuer correctement une expérience d’impact plaque normale géométrie inverse à des températures élevées. Dans cette approche, nous faisons des modifications personnalisées pour le canon à la fin de la haute pression (culasse) du pistolet gaz existant à la Case Western Reserve University, pour abriter un serpentin de chauffage résistif avec degrés de liberté axiales et rotationnels. Le système de serpentin de chauffage résistif permet aux spécimens mince d’aluminium, qui s’est tenues sur le serveur frontal d’un sabot chauffage résistant, pour être chauffé à des températures de fusion (plus de 640 ° C), à proximité avant de déclencher. À l’aide de l’appareil de chauffage logement adaptation couplée avec un sabot résistant à la chaleur, a réalisé des expériences d’impact plaque à température élevée sans besoin de considérations expérimentales particulières, qui sont typiquement lors de l’utilisation de l’approche classique, tels que , la nécessité d’une distance d’inclinaison réglage avec la rétroaction en temps réel pour maintenir le parallélisme des plaques cible et flyer pendant le chauffage. Dans l’ensemble, la nouvelle approche réduit considérablement le nombre d’étapes dans la section protocole, par rapport à l’approche conventionnelle.

Dans la section protocole expérimental, nous détaillons les étapes requises pour : 1) échantillon et cible préparation du matériel, où les plaques flyer et cible sont soigneusement usinées, doublés et polis, à dans les tolérances de planéité et de parallélisme nécessaire pour la génération d’ondes planes avec un front assez parallèle à la surface d’impact ; 2) assemblage de personnalisé sabot résistant à la chaleur capable d’obtenir une plaque de prélèvement chauffée, tout en atténuant le flux de chaleur dans le corps du sabot, puis vers le Canon. En outre, le sabot abrite une clé, qui s’accouple à la clé-chemin existante dans le pistolet Canon pour empêcher la rotation de l’Assemblée de sabot tout au cours de son voyage sur toute la longueur du pistolet-baril. Enfin, dans les étapes 3-5 nous détaillons le protocole pour l’alignement des plaques échantillon et cible avant d’effectuer les expériences, chauffage de la plaque circulaire (échantillon) et l’exécution des expériences. Dans la section suivante, nous montrons comment la précision du protocole pourrait être vérifiée les données brutes fournies à la Figure 1. Enfin, nous présentons les résultats de plaque normale réussie à température élevée des expériences d’impact, permettant la mesure des États de vélocité de stress/particules à l’interface de l’échantillon/cible, ainsi que, l’acoustique longitudinale dépendant de la température impédance de l’échantillon.

Dans un proche avenir, les rajustements nécessaires à la conception de sabot, cette méthode est censée permettre encore plus élevée température plaque impact expériences qui permettront son utilisation dans la détection de comportement dynamique des matériaux, point de fusion plus élevés à près de des températures de fusion. Compte tenu de la polyvalence de cette approche, plusieurs configurations expérimentales servira à étudier le comportement dynamique linéaire. Par exemple, géométrie inversée plaque impact des expériences peuvent être convenablement conçus pour effectuer des mesures de l’onde de choc à température élevée accélère dans les métaux à l’augmentation de la température, alors que la pression-cisaillement plaque impact des expériences peuvent être effectuées afin d’évaluer manque d’élasticité dynamique à grandes déformations et ultra hautes taux de cisaillement.

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Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Les auteurs tiennent à souligner le soutien financier du département américain de l’énergie grâce à l’intendance Science Academic Alliance DOE/NNSA (DE-NA0001989 et DE-NA0002919) dans le cadre de cette recherche. Enfin, les auteurs aimeraient remercier le Laboratoire National de Los Alamos pour leur collaboration pour soutenir les efforts en cours dans les enquêtes actuelles et futures.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
99.999% commercial purity polycrystalline aluminum Goodfellow AL007970 Material for flyer plate (sample)
H13 tool steel Fabrication Center of CWRU N/A Material for the sample holder
Solution treat & age Inconel 718 alloy High Temp Metals N/A (1.005/1.015)" Dia x 24", Material for target plate
Photoresist S1805 MicroChem N/A Material of the photoresist for holographic grating
Developer CD-26 MicroChem N/A Developer to the photoresist for holographic grating
Aluminum 6063 tube McMaster-Carr 4568T19 Material for the ring in target assembly
Black Delrin (R) Acetal Resin Rod (4-1/2" Dia.) McMaster-Carr 8576K81 Material for the Delrin holder in target assembly
White Delrin (R) Acetal Resin Rod (1/4" Dia.) McMaster-Carr 8572K51 Material for the Delrin pins in target assembly
Aluminum 6061 tube McMaster-Carr 9056K24 Material for the body in projectile assembly
Aluminum 6061 rod McMaster-Carr 8974K88 Material for the cap in projectile assembly
Teflon sheet McMaster-Carr 8711K98 Material for the key
LAVA-FF - Alumina Silicate disc Technical Products CWR-033116-1
LAVA-FF - Alumina Silicate tube Technical Products ALR11515
Alumina Pan Slotted Head Bolt Ceramco A83200PANSLT0.500
409 N70 Buna-N O-ring The O-ring Store B70409
Loctite Hysol 9412 adhesive Loctite 83107
High Temperature Cements OMEGA Engineering OB-300
Extra fast-set epoxy Ellsworth 4001
Mylar sheet McMaster-Carr 8567K94

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Élevé à température normale et combiné pression-cisaillement plaque Impact expériences Via un système de chauffage de Sabot-culasse
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Zuanetti, B., Wang, T., Prakash, V. Conducting Elevated Temperature Normal and Combined Pressure-Shear Plate Impact Experiments Via a Breech-end Sabot Heater System. J. Vis. Exp. (138), e57232, doi:10.3791/57232 (2018).

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