Abstract
كسر الديناميكي للهيئة هو ظاهرة في مرحلة متأخرة درس عادة في ظل ظروف المبسطة، التي مشوها عينة تحت الضغط موحد ومعدل الضغط. يمكن أن تنتج هذه عن طريق تحميل بالتساوي على السطح الداخلي للاسطوانة. بسبب التماثل المحوري، مع توسع اسطوانة يتم وضع جدار إلى إجهاد الشد طارة يكون موحدا حول محيط. في حين أن هناك تقنيات مختلفة لتوليد هذا التوسع مثل المتفجرات، محرك الكهرومغناطيسي، وتقنيات مدفع الغاز الموجودة أنهم جميعا محدودة في حقيقة أن العينة اسطوانة يجب أن يكون في درجة حرارة الغرفة. نقدم طريقة جديدة باستخدام بندقية الغاز التي تسهل تجارب على اسطوانات من 150 إلى 800 K K مع ثابت والتحميل للتكرار. وتستخدم هذه التجارب تشخيص للغاية لدراسة تأثير درجة الحرارة على آليات كسر المسؤولة عن الفشل، وما ينجم عن ذلك من تأثير على إحصاءات التجزئة. وتوظف الهندسة التجريبية لالقوس القوطي الصلب يقع داخل الاسطوانة الهدف، مع غيض تقع في منتصف المسافة تقريبا في. ثم يتم استخدام واحد مدفع الغاز ضوء المرحلة لإطلاق قذيفة البولي في الاسطوانة في 1000 م / ثانية -1. آثار قذيفة وتدفقات حول القوس القوطي جامدة، والقيادة الاسطوانة عينة من الداخل. استخدام إدراج القوس القوطي غير تشويه، يسمح لنا لتثبيت أجهزة التحكم في درجة الحرارة داخل الجزء الخلفي من الاسطوانة. ويستخدم النيتروجين السائل (LN 2) لتبريد وحمولة الحالية المرتفعة مقاوم للتدفئة. قنوات متعددة من upshifted الفوتون دوبلر velocimetry (PDV) تتبع سرعة التوسع على طول اسطوانة تمكين المقارنة المباشرة للالمحاكاة الحاسوبية، في حين يستخدم التصوير عالي السرعة لقياس الضغط عليها بالفشل. شظايا اسطوانة تعافى تخضع لالمجهر الضوئي والإلكترون للتأكد من آلية فشل أيضا.
Introduction
فشل الديناميكي للمادة هو جانب هام من جوانب سلوكها الميكانيكية الشامل، وله أهمية في العديد من الصناعات بما في ذلك السيارات والطائرات والجيش على سبيل المثال لا الحصر. في حين فشل في انخفاض الضغط في أسعار عادة ما درست من خلال اختبارات التوتر التقليدية، حيث يتم تحميل عينة رقيقة طويلة في التوتر من الطرفين، وبأسعار سلالة عالية يتطلب مثل هذه الهندسة / تكوين عينة لتكون صغيرة للغاية من أجل الحفاظ على شبه الميكانيكية التوازن طوال فترة الاختبار. في ظهور صدع واحد، وسوف تكون مريحة المواد المحيطة بها، وإلقاء القبض على نحو فعال في تطوير أي مواقع فشل المجاورة. وهذا يحد من عدد من الكسور التي يمكن ملاحظتها في وقت واحد في أي تجربة واحدة، ويمنع معلومات هامة بشأن إحصاءات الفشل يحدد لاحقا.
اختبار اسطوانة توسيع هي تقنية راسخة لوصف الطريقة التي الماديهليرة سورية تفشل وجزء تحت عال سرعة التحميل. في الاختبار، اسطوانة مصنوعة من مادة الفائدة يتم تحميل بشكل موحد على طول محيطها الداخلي، وإطلاق موجة التوتر من خلال الجدار والتسبب في اسطوانة للتوسع. قريبا هذه الموجة شعاعي تبدد وإجهاد الشد طارة موحد حول محيط يهيمن. كما أن معدل الضغط العصبي والتوتر هو نفسه في جميع أنحاء اسطوانة يحكم سلوك كسر والتفتت فقط من خصائص مادة. اختبار يخفف المشكلة المذكورة أعلاه كما العينة محيطات كبيرة وعادة ما تروج الشروع في مواقع الفشل متعددة تحت الضغط موحد 1.
وكان الهدف الرئيسي في تطوير هذه التقنية التجريبية لتمكين دراسة دور درجة الحرارة في السلوك كسر وتفتت اسطوانة التوسع. سوف السيطرة على درجة حرارة العينة يسمح للتحقيق في كيفية الشد ديناميكية، وآلية الكسر، وfragmيتأثر سلوك entation للمادة. على سبيل المثال في المعادن، وزيادة في درجة الحرارة يمكن أن يسبب تحولا من التقصف لكسر الدكتايل، واستيعاب المزيد من العمل البلاستيك قبل أن تفشل في نهاية المطاف. بعض المواد مثل تي-6AL-4V يمكن أيضا يحمل القص ثابت الحرارة توطين 2. في حين تشوه العينة، والعمل البلاستيك يولد حرارة. إذا كان معدل تليين نتيجة لهذه الزيادة في درجة الحرارة أكبر من معدل تصلب العمل من التشوه، يمكن لعدم الاستقرار تشكل فيها كمية كبيرة من تشوه البلاستيك يحدث في فرقة محلية جدا (الفرقة القص ثابت الحرارة). ويتم تشجيع هذا الرد في تي-6AL-4V بسبب التوصيل الحراري الفقراء، ويمكن أن تحد من فعاليتها لتطبيقات مثل خفيفة الوزن دروع.
هذا النهج اختبار جديد يجب أن يرضي معيارين رئيسيين. أولا، يجب أن طريقة إنتاج معدل الضغط شعاعي بناء على أمر من 10 ثانية 4 -1، وينظر عادة في الباليستية وأحداث الأثر، للسماح بالمقارنة مع الدراسات السابقة التي توظف المزيد من برامج تحميل التقليدية. ثانيا، تحتاج آلية حملة للن تتأثر درجة حرارة العينة لضمان الاتساق بين التجارب. آليات التوسع اسطوانة الأولية المستخدمة عبوات ناسفة، إما ببساطة ملء نموذج اسطوانة 3-5 مباشرة أو باستخدام برنامج متوسطة. في الحالة الأخيرة يتم استخدام منطقة عازلة 6، حيث يتم وضع العينة على اسطوانة الصلب الذي بدوره يحتوي على عبوة ناسفة. القيد وضوحا هو أن مثل اسطوانة عينة تحتوي على مواد محرك الأقراص (في شكل المتفجرات) تسخين الاسطوانة وأيضا حرارة هذه التهمة. في حين أن هذا قد لا يسبب الشروع في تهمة مباشرة العديد من أنواع المتفجرات تحتوي على مواد الموثق البوليمر التي سوف تذوب الخروج من عينة اسطوانة. وبالمثل، فإن بعض المتفجرات تصبح حساسة للغاية عندما تبرد. وهذا يعني أن محركات الأقراص المتفجرة ليست مناسبة لدراسة درجة الحرارة. بديل يستخدم أسلوب قوة لورنتز للتوسع - يتم وضع العينة على لفائف سائق 7، 8 يتم حقن الحالية المرتفعة إلى هذا الملف سائق (الثقيل عادة سلك قياس النحاس)، وحمل التيار المعاكس في العينة. وترتبط هذه التيارات المتعارضة المجالات المغناطيسية التي تعمل ضد بعضها البعض، والضغط المغناطيسي يقود عينة الخارج من الوجه الداخلي. مرة أخرى، تسخين المواد سيؤثر سلبا على لفائف محرك النحاس داخل العينة. وقد استخدمت بنادق الغاز للتوسع اسطوانة منذ أواخر 1970s 9. في هذه التجارب على المواد المستخدمة للإدراج في الاسطوانة هو البوليمر، محرك يأتي نتيجة كل من قذيفة وإدراج تشويه في الأثر. هذا الإدراج هو عادة من المطاط أو البلاستيك 10، وقوة وليونة من التي ستتأثر بشدة من جراء درجات الحرارة. سوف التدفئة جعل إدراج لينة جدا، وسوف التبريد جعلها تتصرف بطريقة هشة لذلك فشل قبل الأوان.
معشوقة = "jove_content"> وخلافا للتقنيات توسيع اسطوانة السابقة، فإن الطريقة الموصوفة هنا هو الأول لتوفير محرك التحميل للتكرار على نطاق واسع من درجات الحرارة (100-1،000 K). تقنية لدينا هي فريدة من نوعها في حقيقة أن المواد المستخدمة لقيادة التوسع (في حالتنا القذيفة) منفصلة عن الاسطوانة حتى نقطة التأثير. وبناء على ذلك، فإنه لا يتأثر درجة الحرارة الأولية من العينة اسطوانة ويوفر حمولة تكرار.
تتكون هندسة التجريبية من الصلب القوس القوطي شنت داخل الاسطوانة الهدف، مع تلميح تقع في منتصف المسافة تقريبا على طول الاسطوانة. ثم يتم استخدام بندقية واحدة الغاز ضوء المرحلة لإطلاق قذيفة البولي مع وجه مقعر في الاسطوانة بسرعات تصل إلى 1000 م / ثانية -1. محور الهدف هو تلاؤمه اسطوانة بعناية لمحور برميل الغاز بندقية لتسهيل الحمل للتكرار وموحدة. تدفق تأثير واللاحق للصقذيفة lycarbonate حول الصلب القوس القوطي شبه جامدة، ويدفع الاسطوانة إلى التوسع من الجدار الداخلي. هندسة إدراج القوس القوطي ووجه مقعر من قذيفة تم بعناية الأمثل باستخدام المحاكاة الحاسوبية المائية رمز لتوليد التوسع المطلوب من الاسطوانة. باستخدام 4340 سبائك الصلب لالقوس القوطي تمكن التجريب مع اسطوانة في درجة حرارة كما قوتها هي أعلى بكثير من قذيفة البولي على درجات حرارة تتراوح بين الفائدة وضمان تبقى آلية محرك متسقة. Ogives تعافى من التجارب ساخنة وتبريد يحمل سوى الحد الأدنى تشوه نتيجة لتأثير.
ويتم إنجاز التدفئة والتبريد من العينة اسطوانة من خلال تركيب أجهزة التحكم في درجة الحرارة في عطلة تشكيله في الجزء الخلفي من إدراج القوس القوطي. لتبريد العينة لدرجات الحرارة المبردة (~ 100 K)، وختم عطلة في القوس القوطي مع غطاء الألومنيوم والنيتروجين السائل وlowed من خلال تجويف. كما الاسطوانة المستهدفة لديها مساحة كبيرة اتصال مع القوس القوطي يتم تبريد العينة من خلال التوصيل. لتسخين الاسطوانة هدف لدرجات حرارة تقترب من 1000 K، يتم وضع سخان الخزف ونيتشروم مقاوم في عطلة القوس القوطي. ويوفر العرض عالية الطاقة الحالية تصل إلى 1 كيلو واط، تسخين القوس القوطي والاسطوانة. الاسطوانة والقوس القوطي معزولة حراريا من الهدف جبل في واحد مرحلة الغاز بندقية من خلال استخدام MACOR الفواصل السيراميك. يقام للدبابات أيضا في ظل فراغ معتدل (<0.5 عربة) خلال التجربة التي تساعد التلاعب الحراري.
من أجل تشخيص عملية تفتيت الاسطوانة، التصميم التجريبي يتضمن قنوات متعددة للتردد من تحويل PDV، لقياس سرعة التوسع في نقاط على طول الاسطوانة. PDV هو جديد نسبيا 11، والألياف البصرية القائمة على تقنية التداخل الذي يمكن قياس سرعات السطح خلال أحداث ديناميكية للغاية. خلال قياس PDV، تحول دوبلر الضوء المنعكس من سطح تتحرك من الاهتمام باستخدام وجنبا إلى جنب مع المنزاحة الامم المتحدة ضوء التحقيق الألياف الضوئية، وخلق فازت تردد أن يتناسب طرديا مع سرعة سطح متحرك. أساسا، وهو نظام PDV هو نيكلسون تداخل سريع باستخدام التقدم في الأشعة تحت الحمراء القريبة (1550 نانومتر) تكنولوجيا الاتصالات لتسجيل الترددات فاز في نطاق غيغاهرتز. النظام المتصاعدة ل100 مم البعد البؤري للتحقيقات PDV المستخدمة في الدراسة الحالية يضمن أنهم معزولون عن درجة حرارة الاسطوانة، ويقدم تشكيلة سهلة. ميزة إضافية لاستخدام 100 ملم تحقيقات البعد البؤري هو أنها توفر الوصول البصرية يكفي لتمكين عالية السرعة والتصوير الفوتوغرافي لقياس الشخصية توسيع اسطوانة كاملة. يظهر ترتيب ومكان أربعة تحقيقات، AD، جنبا إلى جنب الاسطوانة في الشكل 1 يتم توظيف اثنين من الكاميرات عالية السرعة هنا؛ كاميرا فيديو عالية السرعة فانتوم V16.10 تعمل على 250،000 إطارا في الثانية وIVV UHSi كاميرا 12/24 تأطير، واستولت على 24 صورة. والخلفية الكاميرا IVV بحيث الاسطوانة يضيء في صورة ظلية تمكين حافة توسيع شعاعيا من الاسطوانة لتعقبها بدقة. الكاميرا الوهمية هي الجبهة مضيئة تصوير عملية بدء الفشل والتشرذم. ويمكن بعد ذلك أن يرتبط سرعة التصوير العالية مع velocimetry لإعطاء سلالة ومعدل الضغط على عينة كاملة. التصوير فائق السرعة يسمح أيضا لقياس دقيق من سلالة الفشل وأنماط كسر طول السطح.
تقنية التجريبية المعروضة في القسم التالي بروتوكول توفر وسيلة للتحكم في درجة حرارة العينة في تجربة اسطوانة التوسع، والتي من خلالها آليات كسر مختلفة يمكن تفعيلها أو قمعها. وهذا الأسلوب يؤدي إلى فهم أشمل لدور درجة الحرارة في السيناريوهات تحميل الديناميكي.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. الهدف تصنيع والجمعية
- الجهاز المستهدف اسطوانة لأبعاد المطلوبة من الأسهم الصلبة.
- إعداد سطح الاسطوانة عن طريق إزالة علامات بالقطع. سطح منتشر موحد هو الأفضل لPDV التفكير. وقد تم الحصول على نتائج جيدة مع الرملي الرطب الضوء مع> 1200 الحصباء.
- توصيف مكونات الهدف، أي قياس ما يلي:
طول اسطوانة والقطر وسمك الجدار (في مواقع متعددة)
طول قذيفة، قطر
طول القوس القوطي، قطر
كتلة من كل ما سبق - تجميع حلقة متصاعدة اسطوانة وPDV الذراع.
- جبل تحقيقات PDV في يتصاعد الحركية وعلى الذراع PDV.
- إدراج القوس القوطي في الاسطوانة الهدف بحيث أن الجزء الخلفي من القوس القوطي هو مطاردة مع الجزء الخلفي من اسطوانة (يجب أن يتم ذلك في ورشة عمل مسطح). تم تصميم مسامير M3 ثلاث لعقد القوس القوطي في المكان في حين يسمح للاسطوانة ل"قشر فصيل عبد الواحد عبد المنعم يوسف "خلال التوسع.
- وضع اسطوانة الهدف في الأجهزة المتزايدة بحيث مدخل الاسطوانة هو مطاردة مع مواجهة الرائدة في حلقة متصاعدة. تأمين اسطوانة في مكان مع 6 M4 مسامير اليرقة.
- تثبيت التدفئة / التبريد والأجهزة المزدوجات الحرارية السندات على طول الاسطوانة الجدار الخارجي.
- تنظيف FC / APC (موصل الطويق، الاتصال الجسدي الزاوية) موصلات على نهاية الألياف التحقيق PDV مع قطعة قماش للتنظيف الألياف وتحقق مع نطاق الألياف. وهذا أمر مهم للحد من العودة للانعكاس.
- باستخدام مرئية (660 نانومتر) 3R فئة ليزر تقريبا محاذاة تحقيقات بحيث تكون الطبيعي أن الاسطوانة (أي الضوء الذي ينعكس يرتد على التحقيق).
- تجميع الدوائر الانعكاسية الأساسية باستخدام شكل دائري. ربط نانومتر الليزر من الفئة 1 1550 لإدخال 1، والتحقيق PDV لإدخال 2 والسلطة متر لإدخال 3. محاذاة تحقيقات PDV بدوره بحيث يتم تعظيم قوة إرجاعها.
ق ق = "jove_title"> 2. الغاز بندقية التحضير
- باستخدام المكونات برميل وميكرومتر عمق محاذاة حلقة الهدف إلى نهاية للبرميل للحد من تأثير الميل.
- تثبيت نظام تخفيف جزء وحماية الباب.
- وضع المحاذاة المكونات المستهدفة في برميل.
- تثبيت التجميع المستهدفة ومحاذاة إلى المكونات.
- تثبيت الزناد جعل الزوج على نهاية برميل ووصل إلى الأجهزة توقيت والتشخيص. قياس المسافة من الاتصال مع الزناد لتأثير قذيفة على القوس القوطي.
- تثبيت المرايا تحول لسرعة عالية والتصوير الفوتوغرافي.
- محاذاة المرايا لإعطاء صورة متعامد من الاسطوانة عبر منافذ دبابات الهدف وقفل في المكان.
- محاذاة كاميرات السرعة وميض المصابيح عالية خارج الدبابة المستهدفة. غمط برميل، وضع كاميرا عالية السرعة ومصباح ومضة واحدة في 3:00 النسبية للاسطوانة. ضع الكاميرا IVV في 09:00 ومصباح آخر فلاش في 00:00. في هذا التكوين على كاميرا عالية السرعة ستكون المواجهة مضاءة لتتبع الكراك وسوف IVV توفير صور ظلل للكشف عن الحافة.
- ربط التدفئة / التبريد معدات لاستهداف والاقدام تغذية فراغ.
- تنبيه: مع النظارات المناسبة وغيرها من الاحتياطات بدوره على الليزر الدرجة الرابعة، الذبذبات وأنظمة PDV.
- التحقق من مستويات الطاقة إرسالها إلى تحقيقات PDV. مع نظام PDV، وعادة ما تستخدم حوالي 5 ميغاواط لكل التحقيق مع 1 ميغاواط لكل قناة للمرجعية.
- تحقق المواءمة بين تحقيقات PDV مع السلطة متر. راض مرة واحدة مع محاذاة استخدام بطاقة IR لقياس حيث تحقيقات PDV يبحثون على سطح الاسطوانة.
- بدوره على الليزر المرجعية والتحقق من جودة الإشارات ضربات التي قدمها كل التحقيق. ضبط الطول الموجي لليزر (ق) لتعيين المطلوب الصفر تردد سرعة ضربات (ضبط هذا حوالي 5 غيغاهرتز).
- راض مرة واحدة مع علي الهدفgnment، موقع الزناد، وكاميرا والمواءمة المرآة، PDV محاذاة التحقيق والمكان والإطار التخفيف إغلاق خزان الهدف.
- إزالة المكونات التنسيق؛ تثبيت قذيفة.
- كاميرات الإعداد والإضاءة (معدل الإطار، والتعرض، توقيت) وإجراء التصوير الاختبار. معدلات الإطار النموذجية هي حوالي 250،000 لقطة / ثانية لكل من الكاميرات، مع تعرض نحو 0.5 μsec. يتم توقيت الصورة الأولى عادة لتتزامن مع لحظة تأثير.
3. إعداد اطلاق النار
- تثبيت أغشية المؤخرة التي تنطبق على الضغط اطلاق الحاجة.
- إغلاق المؤخرة والبدء في اخلاء الدبابات المستهدفة. تهدف لمستوى الفراغ في المنطقة من 50 mTorr.
- أداء الإعداد النهائي لجميع التشخيص (التأخير الذبذبات، وموجبات، وإعدادات الكاميرا وما إلى ذلك). تعيين الذبذبات لPDV في 50 μsec في تقسيم، 25 psec لكل نقطة وpretrigger من 20٪ لإعطاء نافذة 500 μsec. تحريك سscilloscopes وكاميرات الوقت بحيث الصفر يتزامن مع وقت التأثير.
- الاختبار النهائي الزناد. توقيت الاختيار دقيقة.
- بدوره على الليزر. كاميرات الذراع.
- غرفة قريبة. ضمان ليزر وارتفاع ضغط المتداخلة هي في الموضع الصحيح.
- تبدأ التدفئة / التبريد كما هو مطلوب باستخدام برنامج ابفيف.
- توجيه الاتهام الى البندقية لضغط اطلاق المطلوب.
- عندما تحت الضغط، والقيام الاختيار النهائي التي مسلحين جميع أنظمة التشخيص.
- عزل جهاز التدفئة أو التبريد.
- العد التنازلي "3، 2، 1 الحريق".
- تنفيس الدبابات المستهدفة والقبض عليه.
- حفظ جميع البيانات الذبذبات والكاميرا.
4. المشاركة أطلق عليه الرصاص
- اغلاق الليزر وانتظر البندقية لتحقيق التعادل تماما في الغلاف الجوي.
- فتح خزان الهدف، وجمع كل القطع المعدنية وفرز تي-6AL-4V.
5. تحليل البيانات
- إجراء تحليل STFT على نظام التشغيل PDVالبيانات cilloscope للحد من تاريخ السرعة وفقا لتحليل آو ودولان 12.
- عملية تصوير البيانات بسرعة عالية مع برنامج مثل المذكورة في الجدول المعدات. والكاميرا لقطات سرعة عالية توفر الوقت والضغط على الفشل وتمكين تحليل تشكيل الكراك والنمو. الصور ظلل من IVV توفر ميزة واضحة لدراسة ملامح التشوه الكامل للاسطوانة.
- قياس ووزن شظايا استردادها. حدد الأجزاء مع ميزات مثيرة للاهتمام مثل الكسور القبض عليهم وإعدادهم للفحص المجهري.
- القسم، جبل، وتلميع شظايا. ثم تحليل في المجهر الإلكتروني. يوفر الإلكترون تشتت ارتدادي حيود معلومات عن الملمس والمجهرية إلى جانب التصوير الإلكترون الثانوية للتحقيق في السطوح كسر وتحديد الأعطال.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
فإن جودة البيانات تعتمد أولا على توقيت التجريبية. إذا كان التأخير من الزناد لتأثير صحيحة ثم سوف ميض المصابيح يكون إنتاج ما يكفي من الضوء عندما تبدأ الاسطوانة الهدف إلى مسخ، مما يتيح للكاميرات عالية السرعة لإنتاج صور واضحة. في هذه الحالة الصور من الكاميرا تأطير سيكون لها حافة ظلل واضحة والتي يمكن استخدامها لتتبع تشويه للاسطوانة كاملة. برامج مثل يماغيج يمكن استخدامها لاستخراج lineout البيانات لكل إطار، وتنتج صورة كما في الشكل (2). ومن الناحية المثالية PDV سوف تكون قادرة على تتبع سرعة التوسع الخاصة ب ~ 100 μsec، وهذا يتوقف على الانتهاء سطح الاسطوانة و محاذاة التحقيق. يمكن لتجربة معينة يمكن التحقق من صحة البيانات PDV وlineout ضد بعضها البعض باستخدام أربع نقاط معروفة من PDV في الصورة. مع هذا الجمع قياسا دقيقا في دائرة نصف قطرها أو سلالة شعاعي في أي نقطة على طول الاسطوانة يمكن أن يكوناستخراج الشكل 3 قطع سرعة التوسع شعاعي عند نقطتين على طول الاسطوانة، مقارنة التجارب في 150 K و 800 K. يمكننا أن نرى أن اسطوانة تبريد لديها أقل تباطؤ بعد ذروة سرعة، مما يشير شرعت كسر في وقت سابق مما أدى إلى فقدان القوة في الاسطوانة. ثم تم دمج السرعة الشعاعية مع مرور الوقت للحد من النزوح شعاعي في النقاط التي لاحظها تحقيقات الشكل يدل على 4 مثال على ذلك لاسطوانة تبريد. ينبغي الصور من الفيديو عالية السرعة تكون واضحة بما فيه الكفاية لتبين كسر بدء والكراك نشر، كما رأينا في الشكل (5). من هذا المنطلق نستطيع استخراج تفعيل الزمني للكسر ويجب استقراء عدد من الشقوق حول الاسطوانة مع الوقت وعلى الجانب الآخر من الاسطوانة غير مرئية الى الكاميرا الشكل 5 مثال على صورة مضاءة جيدا، والتي تبين كسور متعددة طولية على طول الاسطوانة.
الشكل 1: الهندسة التجريبية أعلى، اليسار: التجمع الأساسي، والتي تبين موقع تحقيقات PDV على طول الاسطوانة. أعلى، والحق: التعديلات القوس القوطي للتبريد وتسخين الاسطوانة. الجزء السفلي: التجربة اسطوانة بتدفئة مثبتة على بندقية الغاز. الكابلات السوداء هي قوة لفائف التدفئة. الكابلات أبيض / أسود رقيق هي المزدوجات الحرارية. تحقيقات PDV هي واضحة في الجزء السفلي. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: البيانات Lineout المستخرجة من سرعة عالية التصوير من 300 K توسيع التجربة اسطوانة في مجموعة من مرات بعد أثر.
الرقم 3: سرعة التوسع شعاعي قياس مع PDV في نقطتين على طول اسطوانة ل150 K (الصلبة) و 800 K (المنقطة) توسيع اسطوانة تبريد اسطوانة لديها أقل التباطؤ بعد كسر يشير إلى ذروة سرعة شرعت في وقت سابق.
ig4.jpg "/>
الرقم 4: 150 K توسيع اسطوانة خطوط الصلبة: سلالة شعاعي المتراكمة في 4 نقاط على طول الاسطوانة. الخطوط المنقطة: عدد من المواقع كسر مرئية من البيانات كاميرا عالية السرعة.
الرقم 5: مقتطف من سرعة عالية الفيديو (فيديو 1) سجلت 150 K التوسع اسطوانة.
الفيديو 1: سرعة عالية فيديو لتوسيع التجربة 150 K اسطوانة القذيفة سرعة 1000 م / ثانية. تأطير: 1 صورة كل 10 μsec، 0.7 μsec التعرض الرجاء انقر هنا لمشاهدة هذا الفيديو.
فيديو 2: سرعة عالية فيديو لتوسيع التجربة 650 K اسطوانة القذيفة سرعة 1000 م / ثانية. تأطير: 1 الإطار كل 4.7 μsec، 0.7 μsec هxposure. الرجاء انقر هنا لمشاهدة هذا الفيديو.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
هذه الطريقة يمكن التحقيق في المواد بمعدلات عالية من الشد تحميل على نطاق واسع من درجات الحرارة، من التجميد إلى ~ 1000 K، فريدة من نوعها لهذا التصميم. ومع ذلك، وهذا يضيف تحديات معينة إلى الإعداد التجريبية والتنفيذ. أولا، لتحسين التحكم في درجة الحرارة يحتاج إدراج القوس القوطي أن يكون تشكيله من مادة مناسبة. يستخدم 4340 الصلب هنا، على الرغم من أن أي ارتفاع في درجة الحرارة العالية صلابة الفولاذ تكفي. وبالمثل، كما توسع كله هو مصدرها الآن من قذيفة البوليمر هذا يحتاج إلى أن تكون مصنوعة من البلاستيك غير هش مثل البولي آلة الصف في هذا العمل.
من المهم أن يكون مناسبا الميكانيكية وثيق بين إدراج والاسطوانة، لضمان الاتصال الحراري الجيد. يجب توخي الحذر إذا كان معامل التمدد الحراري للاسطوانة الهدف ليس قريبا من إدراج. على سبيل المثال، إذا كانت الاسطوانة هو هش مع التمدد الحراري المنخفض (مثل السيراميك) ركان التوسع في إدراج يمكن ان يلحق الضرر أو حتى قضاء الاسطوانة. لنفس السبب الايبوكسي تستخدم لسندات المزدوجات الحرارية على اسطوانة يجب أن تكون قادرة على مقاومة درجات الحرارة المتوقعة وحركة الاسطوانة لأنها تسخن / يبرد. أخيرا، والعزلة الحرارية للهدف من نظام التركيب الهامة، الحرارية إلا نقع يجعل من الصعب التحكم في درجة الحرارة، ويمكن أن تبدأ يؤثر سلبا على تحقيقات PDV واستهداف المحاذاة.
القيود المفروضة على هذه التقنية تعتمد على مرافق قذيفة إطلاق المتاحة. معدلات سلالة شعاعي التي يمكن تحقيقها هي وظيفة من سرعة المقذوف وقطر الاسطوانة. اسطوانات أصغر تحتاج أقل السرعات قذيفة ولكن يمكن بعد ذلك يحد من عدد من الكسور الملاحظة. قياس دقيق لسرعة التوسع يتطلب نظام velocimetry أساس بجودة الليزر مثل PDV upshifted هنا أو فيزار نقطة متعددة.
تطبيق صحيفة المستقبلations هي دراسة آثار الحرارة على آليات كسر وما ينتج عنها سلوك تجزئة المواد في ارتفاع معدلات موحدة سلالة الشد. في حين أن التجربة هي مناسبة خاصة إلى المعادن نظرا لسطح عاكس تسمح القياسات PDV يمكن تكييفها لمجموعة من المواد إذا تم إعداد السطح بشكل صحيح. هذا العمل في درجات الحرارة العالية والمنخفضة غير متوفر حاليا لالدوافع الأخرى لتوسيع اسطوانات، وسوف يكمل آليات اختبار الشد أخرى تسمح لأبعد من ذلك وأكثر دقة السكان / معايرة النماذج المادية وhydrocodes.
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 |
References
- 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).
- Liao, S. C., Duffy, J. Adiabatic shear bands in a Ti-6Al-4V titanium alloy. J. Mech. Phys. Solids. 46 (11), 2201-2231 (1998).
- Mott, N. F.
- Hoggatt, C. R., Recht, R. F.
- Banks, E. E. The fragmentation behavior of thin-walled metal cylinders. J. Appl. Phys. 40 (1), 437-438 (1969).
- 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).
- Niordson, F. I. A unit for testing materials at high strain rates. Exp. Mech. 5 (1), 29-32 (1965).
- Grady, D. E., Benson, D. A. Fragmentation of metal rings by electromagnetic loading. Exp. Mech. 23 (4), 393-400 (1983).
- 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).
- Vogler, T. J., et al. Fragmentation of materials in expanding tube experiments. Int. J. Imp. Eng. 29, 735-746 (2003).
- 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).
- Ao, T., Dolan, D. H. SIRHEN: A data reduction program for photonic Doppler velocimetry measurements. Sandia National Laboratories Report. , (2010).
