Waiting
Processando Login

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

Engineering

En metode for å studere temperatur Avhengighet av Dynamic Fracture og Fragmentering

Published: June 28, 2015 doi: 10.3791/52463

Abstract

Den dynamiske brudd i et legeme er et sent stadium fenomen vanligvis studert under forenklede forhold, der en prøve blir deformert under jevnt spenning og tøyning. Dette kan fremstilles ved jevnt å laste den indre overflate av en sylinder. På grunn av den aksielle symmetri, når sylinderen utvides veggen er plassert i en strekkperiferispenning som er jevn rundt omkretsen. Mens det er ulike teknikker for å generere denne utvidelsen som sprengstoff, elektro kjøretur, og eksisterende gass pistol teknikker de er alle begrenset i det faktum at prøven sylinderen må ha romtemperatur. Vi presenterer en ny metode ved hjelp av en gasspistol som muliggjør eksperimenter på sylindere fra 150 K til 800 K med en konsistent, lasting. Disse høyt diagnostisert eksperimentene blir brukt til å undersøke effekten av temperatur på bruddmekanismer som er ansvarlig for svikt, og deres resulterende innvirkning på fragmentering statistikk. Den eksperimentelle geometri benytter enstål ogival ligger inne i målet sylinder, med den som ligger omtrent halvveis i spissen. En enkelt trinns lett gass pistolen blir så brukt til å starte en polykarbonat prosjektil inn i sylinderen ved 1000 m / sek -1. Prosjektilet virkninger og flyter rundt den stive ogival, kjøring av prøven sylinderen fra innsiden. Bruken av en ikke-deformerende ogival innsatsen gjør det mulig å installere temperaturkontroll maskinvare inne i det bakre av sylinderen. Flytende nitrogen (LN 2) brukes for kjøling, og en resistiv høy strømbelastning til oppvarming. Med flere kanaler upshifted foton dopplervelosimetri (PDV) Sporekspansjonshastigheten langs sylinderen muliggjør direkte sammenligning med datasimulering, mens høy hastighet avbildning benyttes for å måle belastningen til svikt. De gjenopprettede sylinder fragmenter er også gjenstand for optisk og elektronmikroskopi for å fastslå feilmekanisme.

Introduction

Den dynamiske svikt i et materiale er en viktig del av sin totale mekaniske oppførsel, og har relevans for mange bransjer, inkludert bil, fly og militære for å nevne noen. Mens svikt ved lave strekkhastigheter er vanligvis studeres gjennom konvensjonelle strekkprøver, hvor en lang tynn prøve blir belastet i strekk i begge ender, ved høye strekk priser en slik geometri / konfigurasjon krever at en prøve skal være meget liten for å opprettholde en pseudo-mekanisk likevekt i løpet av testen. Ved opptreden av en enkelt sprekk, vil det omgivende materialet være avslappet, effektivt stoppe utviklingen av en tilstøtende feilsteder. Dette begrenser antallet frakturer som kan observeres samtidig i ett eksperiment, og hindrer at viktig informasjon om statistikken for svikt som skal bestemmes.

Den ekspanderende sylinder-testen er en veletablert teknikk for å karakterisere den måte på hvilken materials mislykkes og fragment under høyt hastighet lasting. I testen blir en sylinder laget av materialet av interesse jevnt lagt langs sin indre omkrets, lansere en spenningsbølge gjennom veggen og forårsake at sylinderen til å ekspandere. Snart radial bølgen forsvinner og en uniform strekk bøyle stresset rundt omkretsen dominerer. Som stress og press prisen er den samme rundt sylinderen brudd og fragmentering atferd styres utelukkende av materialets egenskaper. Testen lindrer de nevnte problem som vanligvis store prøve omkretser fremme oppstart av flere feilsider under jevnt stresset en.

Hovedformålet med å utvikle denne eksperimentelle teknikk for å gjøre det mulig å studere rollen til temperaturen i brudd og fragmentering av hvordan et ekspanderende sylinder. Styringen av prøvetemperatur vil gi rom for undersøkelse av hvordan den dynamiske strekkstyrke, bruddmekanisme, og fragmentering oppførselen til materialet påvirkes. For eksempel i metall, kan en økning i temperaturen forårsake en overgang fra sprø til duktilt brudd, med mer plastisk arbeid før slutt svikter. Noen materialer slik som Ti-6Al-4V kan også oppvise adiabatisk skjær lokalisering 2. Mens prøven deformeres, genererer plastisk arbeid varmen. Hvis frekvensen av oppmykning som et resultat av denne temperaturøkning er større enn hastigheten for arbeids herding fra deformasjon, kan danne en ustabilitet, hvor en stor mengde av plastisk deformasjon skjer i en meget lokaliserte band (adiabatisk skjærbånd). Dette svaret er fremmet i Ti-6Al-4V på grunn av sin dårlige varmeledningsevne, og kan potensielt begrense sin effektivitet for applikasjoner som lett rustning.

Denne nye testing tilnærmingen må oppfylle to hovedkriterier. For det første må metoden produsere en radial tøyning i størrelsesorden 10 4 sek -1, vanligvis sett i ballistisk oginnvirkning hendelser, slik at sammenlignet med tidligere studier som benytter mer tradisjonelle lasteplaner. Dernest må drivmekanismen å være upåvirket av prøven temperatur for å sikre konsistens mellom eksperimenter. Innledende sylinder utvidelsesmekanismer brukt sprengladninger, enten bare å fylle prøven sylinder 3-5 direkte eller ved å bruke en mellom driver. I det sistnevnte tilfellet en buffer benyttes til 6, hvor prøven er plassert over en stålsylinder som i sin tur inneholder en eksplosiv ladning. Den åpenbare begrensning er at etter hvert som prøven sylinderen inneholder driv materiale (i form av den eksplosive) oppvarming av sylinderen vil også varme charge. Selv om dette kan ikke direkte forårsake initiering av ladningen mange typer sprengstoff inneholder et polymert bindemiddel som vil smelte ut fra prøvesylinderen. Likeledes, noen eksplosiver blir svært følsom når avkjølt. Dette betyr at eksplosive stasjoner er ikke egnet for temperatur studien. En alternativFremgangsmåten benytter den Lorentz kraft for utvidelse - prøven er plassert over en driver spolen 7, 8 En høy strøm blir injisert inn i denne driver spolen (vanligvis tunge måle kobbertråd), induserer en motsatt strøm i prøven.. Disse motstridende strømmer er forbundet magnetfelt som virker mot hverandre, det magnetiske trykk kjøring av prøven utover fra den indre flaten. Igjen, oppvarming av materialet vil ha negativ innvirkning på kobberdriv spiral inne i prøven. Gass våpen har vært brukt i sylinderen ekspansjon siden slutten av 1970-tallet ni. I disse eksperimentene materialet som brukes for innsatsen i sylinderen er en polymer, stasjonen kommer som et resultat av både prosjektilet deformeres og sette seg innflytelse. Dette innlegg er vanligvis en gummi eller plast 10, styrke og duktilitet av disse vil bli sterkt påvirket av temperatur. Oppvarming vil gjøre innsatsen for myk, og kjøling vil gjøre det oppfører seg på en sprø måte slik det mislykkes for tidlig.

Den eksperimentelle geometri består av en stål ogival montert inne i målet sylinder, med den som ligger omtrent halvveis langs lengden av sylinderen spissen. En enkelt trinns lett gass pistolen blir så brukt til å starte en polykarbonat prosjektil med en konkav ansikt i sylinderen ved hastigheter opp til 1000 m / sek -1. Aksen til målet er sylinderen er nøye justert til aksen av den gasskanonrøret for å lette en repeterbar og ensartet belastning. Virkningen og påfølgende strømning av polycarbonate prosjektilet rundt pseudo-stive stål ogival, driver sylinderen inn i ekspansjons fra innsiden av veggen. Geometrien av ogival innsatsen og den konkave flate av prosjektilet ble nøye optimalisert ved hjelp av hydro-kode datasimulering til å generere den ønskede utvidelse av sylinderen. Ved hjelp av 4340 legert stål for ogival muliggjør eksperimentering med sylinderen ved temperatur som dens styrke er mye høyere enn polykarbonat prosjektilet i temperaturområdet av interesse, slik at drivmekanismen forblir uforandret. Ogives utvinnes fra oppvarmet og avkjølt eksperimenter bare oppvise minimal deformasjon som et resultat av virkningen.

Oppvarming og avkjøling av prøven sylinderen blir oppnådd ved installasjon av temperaturkontroll maskinvare i en maskinert fordypning i baksiden av ogival innsatsen. For avkjøling av prøven til kryogene temperaturer (~ 100 K), er utsparingen i ogivalen forseglet med en aluminiumshette og flytende nitrogen er flowed gjennom hulrommet. Ettersom målet sylinderen har en stor kontaktflate med ogival prøven avkjøles ved ledning. For å varme målet sylinderen til temperaturer som nærmer seg 1000 K, er en keramisk og nikrom motstandsvarmeelementet plassert i ogive utsparingen. En høy strøm strømforsyning gir opp til 1 kW, oppvarming av ogive og sylinder. Sylinderen og ogivalen er termisk isolert fra målet montere i ett-trinns gass-gun gjennom bruk av MACOR keramiske avstandsstykker. Tanken er også holdt under moderat vakuum (<0,5 mmHg) i løpet av forsøket som hjelpemidler termisk manipulasjon.

For å diagnostisere fragmentering prosessen av sylinderen, den eksperimentelle utforming omfatter flere kanaler med frekvenskonvertering PDV, for å måle ekspansjonshastigheten ved punkter langs sylinderen. PDV er en forholdsvis ny 11, fiberoptisk basert interferometri teknikk som muliggjør måling av overflatehastigheter under høydynamiske arrangementer. Under en PDV måling dopplerforskjøvet lys reflektert fra en bevegelig overflate av interesse ved hjelp av en fiberoptisk probe kombineres med un-forskjøvet lys, noe som skaper en beat frekvens som er direkte proporsjonal med hastigheten av den bevegelige overflate. I hovedsak, er en PDV systemet en rask Michelson interferometer bruker fremskritt i nær-infrarødt (1550 nm) kommunikasjonsteknologi til rekordrytme frekvenser i GHz-området. Den monteringssystem for 100 mm brennvidde PDV sonder som anvendes i denne studien sikrer at de er isolert fra temperaturen av sylinderen og gir enkel justering. En ytterligere fordel ved bruk av de 100 mm brennvidde prober er at de gir tilstrekkelig optisk adgang til å muliggjøre høy hastighet fotografering for å måle ekspansjonsprofil av hele sylinderen. Ordningen og plassering av fire prober, AD, sammen sylinderen er vist i figur 1 To høyhastighetskameraer er ansatt her.; en høyhastighets videokamera Phantom V16.10 opererer på 250.000 fps og en IVV UHSi 12/24 framing kamera, fange 24 bilder. IVV Kameraet er bakgrunnsbelyst, slik at sylinderen blir belyst i silhuett å muliggjøre radial utvidelse kanten av sylinderen til spores nøyaktig. The Phantom kameraet er foran opplyst bildebehandling svikt initiering og fragmentering prosess. Den høye hastigheten fotografering kan deretter korreleres med velocimetry for å gi belastning og tøyning langs hele prøven. Den høye hastigheten avbildning gir også mulighet for en nøyaktig måling av svikt belastning og bruddmønster langs overflaten.

Den eksperimentelle teknikk som presenteres i det følgende protokoll delen gir et middel for å kontrollere prøvetemperaturen i et voksende sylinder eksperiment, gjennom hvilke ulike bruddmekanismer kan aktiveres eller undertrykkes. Denne teknikken vil føre til en mer omfattende forståelse av rollen til temperaturen i dynamisk belastning scenarier.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Target fabrikasjon og sammenstilling

  1. Machine mål sylinder til ønskede dimensjoner fra solid lager.
  2. Forbered sylinderoverflaten ved å fjerne maskineringsmerker. En jevn diffus overflate er å foretrekke for PDV refleksjon. Gode ​​resultater er blitt oppnådd med en lett våtsliping med> 1200 grit.
  3. Karakterisere målet bestanddeler, dvs. måle følgende:
    Sylinder lengde, diameter og veggtykkelse (på flere steder)
    Prosjektil lengde, diameter
    Ogival lengde, diameter
    Masse av alle de ovennevnte
  4. Montere sylinderen monteringsring og PDV arm.
  5. Monter PDV sonder i kinematiske mounts og inn på PDV arm.
  6. Sett ogival i målet sylinderen, slik at baksiden av ogivalen er i flukt med baksiden av sylinderen (dette bør gjøres på et verksted flat). De tre M3 skruene er utformet for å holde ogive på plass samtidig som sylinderen å "skrelle away 'under ekspansjon.
  7. Plasser målet sylinderen i festeanordningen, slik at inngangen av sylinderen er i flukt med den fremre flate av monteringsringen. Fest sylinderen på plass med seks M4 settskruene.
  8. Installer varme / kjøleapparatet og bindingen termoelementer langs lengden av sylinderen ytterveggen.
  9. Rengjør FC / APC (ferrule kontakt, vinklet fysisk kontakt) kontaktene på enden av PDV probe fibrene med fiberklut og sjekke med en fiber omfang. Dette er viktig for å redusere tilbake-refleksjon.
  10. Ved hjelp av en synlig (660 nm) Klasse 3R laser grovinnstilles probene slik at de er vinkelrett på sylinderen (det vil si, faller det reflekterte lyset tilbake i proben).
  11. Sett sammen en grunnleggende reflektivitet krets med en sirkulasjonspumpe. Koble Klasse 1 1550 nm laser til inngang 1, PDV sonden til inngang 2 og en kraftmåler til inngang 3. Juster PDV sonder i sving slik at strømmen kom tilbake maksimeres.

  1. Ved hjelp av sylinderen pluggen og dybden mikrometer justere målet ringen til enden av sylinderen for å minimalisere effekten tilt.
  2. Installer fragment klimatiltak system og døren beskyttelse.
  3. Plasser målet justering pluggen i tønnen.
  4. Installer målmontasje og rett til pluggen.
  5. Installer trigger make par på slutten av løpet, og koble til timing maskinvare og diagnostikk. Mål avstanden fra kontakt med avtrekkeren til prosjektilets anslag på ogival.
  6. Installer snu speil for høyhastighetsfotografering.
  7. Juster speilene for å gi en ortogonal visning av sylinderen gjennom målet tank porter og lås på plass.
  8. Juster høyhastighetskameraer og flash-lamper utenfor målet tanken. Ser ned på fat, plasserer høyhastighetskamera og en blitzlampe på tre i forhold til sylinderen. Plasser IVV kameraet på ni ogen annen flash lampe på 12:00. I denne konfigurasjonen høy hastighet kameraet vil være front-tent for sprekk sporing og IVV vil gi silhuett bilder for kantdeteksjon.
  9. Koble varme / kjøling utstyr for å målrette og vakuum fôr throughs.
  10. FORSIKTIG: Med riktig briller og andre forholdsregler slå på klasse IV lasere, oscilloskop og PDV-systemer.
  11. Sjekk strømnivåer blir sendt til PDV sonder. Med PDV system, bruker vanligvis rundt 5 MW til hver sonde med 1 mW per kanal for referansen.
  12. Sjekk justeringen av PDV sonder med en kraftmåler. Når fornøyd med justeringen bruk IR-kort for å måle hvor PDV sonder ser på sylinderoverflaten.
  13. Slå på referanse laser og sjekke kvaliteten på beat signaler gitt av hver probe. Juster bølgelengden til laseren (e) for å stille inn ønsket null hastighet takt frekvens (sett dette rundt 5 GHz).
  14. Når fornøyd med målet alignment, trigger beliggenhet, kamera og speil justering, PDV probe justering og plassering og klimatiltak ramme lukke målet tank.
  15. Fjern justeringspluggen; installere prosjektilet.
  16. Oppsett kameraer og belysning (bildefrekvens, eksponering, timings) og utføre test bildebehandling. Typiske bildefrekvens er rundt 250 000 bilder / sek for begge kameraene, med en eksponering på rundt 0,5 usek. Det første bildet er normalt tidsbestemt til å falle sammen med anslagsøyeblikket.

3. Firing Forberedelse

  1. Installere seteleie membraner som gjelder for avfyring press nødvendig.
  2. Lukk kammeret og begynne evakuering av målet tankene. Målet for en vakuumnivå i regionen på 50 mTorr.
  3. Utfør endelig oppsett av alle diagnostikk (oscilloskop forsinkelser, triggere, kamerainnstillinger etc.). Set oscilloskop for PDV ved 50 usek per divisjon, til 25 psec per punkt og en fortrigger på 20% gi en 500 usek vindu. Utløse oscilloscopes og kameraer slik at null tid faller sammen med tidspunktet for virkningen.
  4. Endelig trigger test; sjekk timings er nøyaktige.
  5. Slå på lasere; arm kameraer.
  6. Lukk rommet; sikre laser og høytrykkslåsene er i riktig posisjon.
  7. Begynn varme / kjøling etter behov ved hjelp av LabVIEW programvaren.
  8. Lad pistolen til ønsket avfyring trykk.
  9. Når du er på trykk, gjør en siste sjekk at alle diagnosesystemer er bevæpnet.
  10. Isolere oppvarming eller kjøling apparater.
  11. Countdown "3, 2, 1 BRANN."
  12. Vent mål- og fangsttanker.
  13. Lagre alle oscilloskop og kameradata.

4. Post Shot

  1. Slå lasere og vente på pistolen til fullt utjevne på atmosfære.
  2. Åpne målet tank, samle alle metallfragmenter og sortere ut Ti-6Al-4V.

5. Data Analysis

  1. Utfør STFT analyse på PDV oscilloscope data for å redusere hastighetshistorie i henhold til analysen av Ao og Dolan 12.
  2. Prosess høyhastighets avbildning av data med programvare som for eksempel nevnt i utstyret tabellen. Den høye hastigheten kamera opptakene vil gi tid og belastning på svikt og muliggjøre analyse av sprekkdannelse og vekst. De silhouetted bilder fra IVV gi en klar kant for å undersøke hele profilen deformasjon av sylinderen.
  3. Måle og veie gjen fragmenter. Velg fragmenter med interessante funksjoner som arresterte frakturer og forberede dem for mikroskopi.
    1. Section, montere, og polere fragmenter; deretter analyserer i elektronmikroskop. Electron backscatter diffraksjon gir informasjon om struktur og mikrostruktur sammen sekundærelektronavbildning å sondere bruddflater og identifisere svikt modus.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Kvaliteten på dataene for det første avhenge av den eksperimentelle timing. Hvis forsinkelsene fra trigger til virkningen er riktig så blitslamper vil være å produsere nok lys når målet sylinderen begynner å deformere, slik at de høye fotobokser for å produsere klare bilder. I dette tilfellet er bildene fra kameraet rammer vil ha en klar silhuett kant som kan brukes til å spore deformasjon av hele sylinderen. Programvare som ImageJ kan brukes til å ekstrahere lineout data for hver ramme, som produserer et bilde som i figur 2. Ideelt PDV vil være i stand til å spore ekspansjonshastigheten for ~ 100 usek, dette vil avhenge av den overflate av sylinderen og justering av sonden. For et gitt eksperiment PDV og lineout data kan valideres mot hverandre ved hjelp av de fire kjente punkter fra PDV i bildet. Med denne kombinasjonen et nøyaktig mål av radien eller den radielle belastning på et punkt langs sylinderens lengde kan væreekstraheres. Figur 3 plotter den radielle ekspansjonshastigheten ved to punkter langs lengden av sylinderen, å sammenligne forsøk ved 150 K og 800 K. Vi kan se at den kjølte sylinder har mindre retardasjon etter topphastighet, noe som tyder fraktur har igangsatt tidligere fører til et tap av styrke i sylinderen. Den radielle hastighet blir så integrert over tid for å redusere den radielle forskyvning ved punktene observert av sondene. Figur 4 viser et eksempel på dette i den avkjølte sylinder. Bilder fra den høyhastighets video bør være klart nok til å skjelne brudd initiering og sprekkforplantning, som vist i figur 5. Fra dette ekstraktet vi den temporale aktiverings av brudd og skal ekstrapolere antallet sprekker rundt sylinderen med tiden som den andre siden av sylinderen er ikke synlig for kameraet. Figur 5 er et eksempel på et godt opplyst bildet, som viser flere langsgående sprekker langs sylinderen.

(det vil si tidsskalaen at fragmentering prosessen skjer over).

Figur 1
Figur 1:. Experimental geometri Top, venstre: Basic forsamlingen, som viser plasseringen av PDV sonder langs sylinderen. Top, høyre: ogive modifikasjoner for kjøling og oppvarming av sylinderen. Nederst: oppvarmede sylinder eksperiment installert på gasskanon. Sorte kabler er strøm til varmebatteri. Tynne svart / hvite kabler er termo. PDV sonder er synlig nederst. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2: lineout data hentet fra høyhastighets avbildning av en 300 K utvide sylinder eksperiment på en rekke ganger etter påvirkning.

Figur 3
Fig. 3: Radial ekspansjon hastighet målt med PDV ved to punkter langs sylinderen for en 150 K (faststoff) og 800 K (prikket) ekspanderer sylinderen Den avkjølte sylinder har mindre retardasjon etter at topphastigheten som tyder fraktur har igangsatt tidligere.

ig4.jpg "/>
Figur 4: 150 K utvide sylinder Solid linjer:. Radial belastning akkumulert på fire punkter langs sylinderen lengde. Stiplede linjer: antall synlige brudd nettsteder fra den høye hastigheten kameradata.

Figur 5
Figur 5:. Utdrag fra høyhastighets video (Video 1) registrert 150 K utvide sylinder.

Video 1: Høy hastighet video av en ekspanderende 150 K sylinder eksperimentet prosjektil hastighet 1000 m / sek.. Innramming:. 1 bilde hvert 10. usek, 0,7 usek eksponering Vennligst klikk her for å se denne videoen.

Video 2: High speed video av en ekspanderende 650 K sylinder eksperimentet prosjektil hastighet 1000 m / sek.. Framing: 1 bilde hvert 4,7 usek, 0,7 usek eXposure. Klikk her for å se denne videoen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne metoden gjør det mulig for undersøkelse av materialer ved høye strekkbelastning over et bredt temperaturområde, fra kryogenisk til ~ 1000 K, som er unik for denne utformingen. Men dette legger visse utfordringer til det eksperimentelle oppsett og gjennomføring. For det første, for å optimalisere temperaturkontroll av ogival innsatsen må maskineres fra et egnet materiale. 4340 stål er brukt her, selv om noen høy temperatur høy hardhet stål burde holde. På samme måte som hele ekspansjons stasjonen er nå som stammer fra polymer prosjektilet dette må være laget av et ikke-sprø plast, slik som maskin grad polykarbonat i dette arbeidet.

Det er viktig å ha en tett mekanisk tilpasning mellom innsatsen og sylinderen, for å sikre god termisk kontakt. Hensyn må tas hvis varmeutvidelseskoeffisienten av målet sylinderen er ikke i nærheten av innsatsen. For eksempel, hvis sylinder er skjør med lav termisk ekspansjon (for eksempel et keramisk) tHan utvidelse av innsatsen kan skade eller til og med sprekke sylinderen. Av samme grunn epoxy anvendes for å binde de termoelementer på sylinderen må være i stand til å motstå de temperaturer som forventet, og bevegelsen av sylinderen idet det varmes / kjøles. Endelig er viktig termisk isolering av målet fra monteringssystemet, ellers termisk suge gjør temperaturkontroll vanskelig og kan begynne å påvirke de PDV prober og målrette justering.

Begrensningene ved denne teknikken er avhengig av prosjektilets utskytnings fasiliteter tilgjengelig. De radielle strekk priser som kan oppnås er en funksjon av prosjektilhastigheten og diameteren sylinderen. Mindre sylindere trenger lavere prosjektilhastighet, men kan da begrense antall brudd observert. Nøyaktig måling av ekspansjonshastigheten nødvendiggjør en kvalitet laserbasert velocimetry system som upshifted PDV her eller et multiplum punkt visar.

Future applicasjon er studien av effektene av temperatur på bruddmekanismer og resulterer fragmentering oppførsel av materialer ved høye priser av uniform strekk belastning. Mens eksperimentet er spesielt egnet for metaller på grunn av den reflekterende overflate slik at PDV målinger kan det tilpasses en rekke materialer, hvis overflate er fremstilt fullstendig. Dette arbeidet ved høye og lave temperaturer er foreløpig ikke tilgjengelig for andre drivmekanismer for å utvide sylindere, og vil kompliment andre strekktest mekanismer som åpner for videre og mer nøyaktig befolkning / kalibrering av materialmodeller og hydrocodes.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Engineering Shock fysikk Fracture fragmentering High Strain Rate Utvide Sylinder Ti-6Al-4V
En metode for å studere temperatur Avhengighet av Dynamic Fracture og Fragmentering
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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

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

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

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

Waiting X
Simple Hit Counter