एक ब्रीच-end सबोट हीटर प्रणाली के माध्यम से उच्च तापमान सामांय और संयुक्त दबाव कतरनी प्लेट प्रभाव प्रयोगों का आयोजन
Summary
यहां, हम ऊंचा तापमान रिवर्स सामांय प्लेट प्रभाव, और संयुक्त दबाव और कतरनी प्लेट प्रभाव के संचालन के लिए एक नए दृष्टिकोण का एक विस्तृत प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं । दृष्टिकोण एक ब्रीच अंत प्रतिरोधक कुंडल हीटर के उपयोग के सामने एक गर्मी प्रतिरोधी सबोट वांछित तापमान के अंत में आयोजित एक नमूना गर्मी शामिल है ।
Abstract
१००० डिग्री सेल्सियस तक परीक्षण तापमान पर सामान्य और/या संयुक्त दबाव-कतरनी प्लेट प्रभाव प्रयोगों के संचालन के लिए एक उपंयास दृष्टिकोण प्रस्तुत किया है । विधि thermomechanical चरम सीमाओं के तहत सामग्री के गतिशील व्यवहार की जांच के लिए उद्देश्य से ऊंचा तापमान प्लेट प्रभाव प्रयोगों को सक्षम बनाता है, जबकि इसी तरह के प्रयोगों प्रदर्शन करते समय कई विशेष प्रयोगात्मक चुनौतियों का सामना करना पड़ पारंपरिक प्लेट प्रभाव दृष्टिकोण का उपयोग करना । कस्टम रूपांतरों एक एकल चरण गैस के मामले पश्चिमी रिजर्व विश्वविद्यालय में बंदूक के ब्रीच-अंत करने के लिए किए गए हैं; इन रूपांतरों एक सटीक मशीन विस्तार SAE ४३४० स्टील, जो रणनीतिक मौजूदा बंदूक-बैरल दोस्त है जबकि एक उच्च सहिष्णुता बोर और keyway के लिए मैच प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है से बना टुकड़ा शामिल हैं । विस्तार टुकड़ा एक ऊर्ध्वाधर बेलनाकार हीटर-ठीक है, जो एक हीटर विधानसभा घरों में शामिल हैं । एक प्रतिरोधक कुंडल हीटर-सिर, ऊपर १२०० ° c के तापमान तक पहुंचने में सक्षम, एक ऊर्ध्वाधर स्टेम से जुड़ा हुआ है के साथ अक्षीय/ इस पतली धातु सामने एक गर्मी प्रतिरोधी सबोट के अंत में आयोजित नमूनों वांछित परीक्षण तापमान के लिए व्यास के पार समान रूप से गरम किया जा करने के लिए सक्षम बनाता है । फ्लायर प्लेट को ताप देकर (इस मामले में, नमूना) पर ब्रीच-अंत में बंदूक-बैरल की बजाय लक्ष्य-छोर पर, कई महत्वपूर्ण प्रायोगिक चुनौतियाँ टल सकती हैं. इनमें शामिल हैं: 1) लक्ष्य धारक विधानसभा के कई घटकों के थर्मल विस्तार के कारण हीटिंग के दौरान लक्ष्य प्लेट के संरेखण में गंभीर परिवर्तन; 2) चुनौतियां है कि निदान तत्वों के कारण उत्पंन, (यानी, बहुलक होलोग्राम, और ऑप्टिकल जांच) भी गर्म लक्ष्य विधानसभा के करीब जा रहा है; 3) चुनौती है कि एक ऑप्टिकल खिड़की है, जहां नमूना, बांड परत के बीच महत्वपूर्ण सहिष्णुता, और खिड़की के साथ लक्ष्य प्लेटों के लिए उठता तेजी से उच्च तापमान पर बनाए रखने के लिए मुश्किल हो; 4) संयुक्त संपीड़न के मामले में-कतरनी प्लेट प्रभाव प्रयोगों, लक्ष्य की मुक्त सतह पर अनुप्रस्थ कण वेग की माप के लिए उच्च तापमान प्रतिरोधी विवर्तन के लिए की जरूरत है; और 5) प्रभाव मापा मुक्त सतह वेग बनाम समय प्रोफ़ाइल थर्मल नरम और संभवत: बाउंड लक्ष्य प्लेटों की उपज के कारण की अस्पष्ट व्याख्या के लिए आवश्यक वेग पर लगाया सीमाओं । ऊपर उल्लिखित रूपांतरों का उपयोग करके, हम नमूना तापमान की एक श्रेणी में वाणिज्यिक शुद्धता एल्यूमीनियम पर रिवर्स ज्यामिति सामान्य प्लेट प्रभाव प्रयोगों की एक श्रृंखला से परिणाम प्रस्तुत करते हैं । ये प्रयोग प्रभावित अवस्था में कम कण वेग दिखाते हैं, जो नमूना तापमान बढ़ाने के साथ सामग्री के नरम होने (पोस्ट-यील्ड फ्लो तनाव में कमी) के संकेत दे रहे हैं ।
Introduction
इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में, सामग्री शर्तों की एक विस्तृत श्रृंखला है, जो स्थिर या प्रकृति में गतिशील हो सकता है के अधीन हैं, विकृति और कमरे से पिघलने बिंदु के पास से लेकर तापमान के उच्च स्तर के साथ युग्मित । इन thermomechanical अतिवादी के तहत सामग्री व्यवहार काफी भिंन हो सकते हैं; इस प्रकार, लगभग एक सदी से अधिक, कई प्रयोगों गतिशील प्रतिक्रिया और/या सामग्री व्यवहार के अंय विशेषताओं की जांच के उद्देश्य से विकसित किया गया है, जबकि नियंत्रित लोडिंग शासन के तहत1,2,3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14. कम से मध्यवर्ती तनाव दरों पर भरी हुई धातुओं के लिए (10-6-100 /), इमदादी-हाइड्रोलिक या परिशुद्धता भाड़ यूनिवर्सल परीक्षण मशीनों विभिन्न लोडिंग मोड के अधीन सामग्री प्रतिक्रिया का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है और विरूपण के स्तर । लेकिन मध्यवर्ती तनाव दरों से परे लागू तनाव दरों में वृद्धि के रूप में (यानी, > 102//, अंय प्रयोगात्मक तकनीक के क्रम में यांत्रिक प्रतिक्रिया जांच करने के लिए आवश्यक हो जाते हैं । उदाहरण के लिए, 103के लदान दर पर 5 × 104//पूर्ण आकार या लघुकृत विभाजन-Hopkinson दबाव सलाखों के8,15के लिए किया जा करने के लिए इस तरह के माप सक्षम करें ।
परंपरागत रूप से, प्रकाश गैस बंदूकें और/या विस्फोटक संचालित प्लेट प्रभाव प्रयोगों के लिए गतिशील लोच और ऐसी spallation, या चरण परिवर्तन है कि बहुत उच्च तनाव दरों के साथ होते है के रूप में अंय घटना का अध्ययन करने के लिए उपयोग किया गया है (105-10 7/4)16,17,18,19,20,21,22, या उच्च दबाव और गतिशील लदान का संयोजन । Customarily, प्लेट प्रभाव प्रयोगों एक उड़ता एक सबोट द्वारा शुरू की थाली गैस के अंत में ब्रीच-बंदूक है, जो तब नीचे बंदूक बैरल की लंबाई यात्रा और एक ध्यान से संरेखित स्थिर लक्ष्य प्लेट के साथ टकराने के लिए किया जाता है की शुरुआत में शामिल प्रभाव चैंबर । प्रभाव का एक परिणाम के रूप में, सामान्य और/या संयुक्त दबाव और कतरनी तनाव उड़ता पर उत्पन्न कर रहे हैं/लक्ष्य इंटरफ़ेस, जो अनुदैर्ध्य और/या संयुक्त अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ तनाव तरंगों के रूप में प्लेटों के स्थानिक आयामों के माध्यम से यात्रा करते हैं । लक्ष्य प्लेट के पीछे की सतह पर इन तरंगों के आगमन लक्ष्य थाली है, जो आम तौर पर interferometric तकनीक के माध्यम से नजर रखी है की तात्कालिक मुक्त सतह कण वेग को प्रभावित करते हैं । आदेश में मापा कण वेग की व्याख्या समय इतिहास बनाम अनुमति देने के लिए, यह आवश्यक है कि विमान प्रभाव सतह के समानांतर सामने के साथ लहरों प्रभाव14,23पर उत्पंन हो । पूर्व, प्रभाव सुनिश्चित करने के लिए एक मिल्ली से कम के आदेश पर एक प्रभाव झुकाव कोण के साथ घटित होना चाहिए-कांति12,24, प्रभाव के साथ एक जोड़े micrometers5,25की तुलना में बेहतर संकुचन की सतहों ।
प्लेट प्रभाव प्रयोगों के लिए हीटिंग तत्वों जो सामग्री व्यवहार की जांच सक्षम करने के लिए thermomechanical चरम26,27,28,29में विस्तार शामिल अनुकूलित किया गया है । इन रूपांतरों आमतौर पर एक प्रेरण का तार, या एक प्रतिरोधक हीटर तत्व के लक्ष्य के अलावा-गैस बंदूक के अंत में शामिल; हालांकि इन रूपांतरों को प्रयोगात्मक रूप से संभव होने के लिए दिखाया गया है, दृष्टिकोण स्वाभाविक रूप से विशेष प्रायोगिक चुनौतियों की ओर जाता है जो सावधान विचार की आवश्यकता है । इन प्रयोगात्मक जटिलताओं में से कुछ लक्ष्य धारक विधानसभा और/या संरेखण स्थिरता के विभिंन घटकों के अंतर थर्मल विस्तार शामिल है जबकि लक्ष्य (नमूना) प्लेट, जो में वास्तविक समय संरेखण समायोजन की आवश्यकता है हीटिंग, आमतौर पर नमूना और लक्ष्य प्लेट के बीच महत्वपूर्ण समानता सहिष्णुता बनाए रखने के क्रम में निरंतर प्रतिक्रिया के साथ दूर से नियंत्रित संरेखण उपकरण के साथ बनाया है । दबाव-कतरनी प्लेट प्रभाव प्रयोगात्मक योजना के मामले में, हीटिंग नमूना पारंपरिक बहुलक के लिए उच्च तापमान प्रतिरोधी धातु के घिसे-अनुप्रस्थ कण वेग की मुक्त सतह पर निगरानी करने के लिए द्वारा प्रतिस्थापित किया जा की आवश्यकता है लक्ष्य प्लेट । इसके अलावा, नमूना के हीटिंग प्रभाव वेग कि कुछ प्रयोगात्मक योजनाओं में नियोजित किया जा सकता है पर सीमाएं जोड़ सकते हैं, जैसे उच्च तनाव दर संयुक्त दबाव में और कतरनी प्लेट प्रभाव विंयास, जहां विशेष विचार की आवश्यकता हो सकती है प्रयोगात्मक परिणाम है, जो तापमान निर्भर हो सकता है जो सामने और पीछे लक्ष्य प्लेटों के ध्वनिक प्रतिबाधा का उपयोग कर गणना कर रहे हैं की अस्पष्ट व्याख्या को रोकने के लिए । अंत में, अंय प्रयोगात्मक योजनाओं, जो एक ऑप्टिकल विंडो के साथ एक लक्ष्य प्लेट की आवश्यकता के लिए, नमूना, बांड परत के बीच सहिष्णुता, और/या कोटिंग्स तेजी से उच्च तापमान19पर बनाए रखने के लिए मुश्किल हो गया है ।
उपर्युक्त प्रयोगात्मक चुनौतियों को दूर करने के लिए, हमने मौजूदा सिंगल-स्टेज गैस-गन को केस वेस्टर्न रिजर्व यूनिवर्सिटी (CWRU)7,30,31,३२ में कस्टम रूपांतरित कर दिया है । . इन संशोधनों को सक्षम पतली धातु के सामने एक गर्मी प्रतिरोधी सबोट के अंत में आयोजित नमूनों को १००० डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर गरम किया जा करने के लिए, गोलीबारी से पहले, जो उच्च तापमान सामांय और/या संयुक्त दबाव-कतरनी प्लेट प्रभाव प्रयोगों की अनुमति आयोजित. ऊंचा तापमान प्लेट प्रभाव अध्ययन के लिए नियोजित पारंपरिक दृष्टिकोण के अधिकांश के विपरीत, इस विधि से ऊपर वर्णित प्रयोगात्मक चुनौतियों के कई कम करने के लिए दिखाया गया है । उदाहरण के लिए, इस दृष्टिकोण के लिए दूरदराज के झुकाव समायोजन30, या प्रयोग के दौरान झुकाव परिवर्तन की निगरानी के लिए अतिरिक्त ऑप्टिकल तत्वों की आवश्यकता के बिना एक से कम मिल्ली-कांति के झुकाव कोण को प्राप्त करने feasibly का उपयोग किया गया है । दूसरा, के बाद से लक्ष्य प्लेट परिवेश तापमान के तहत रहता है, इस विधि विशेष उच्च तापमान परोक्ष प्रभाव प्रयोगों में अनुप्रस्थ कण वेग की माप के लिए प्रतिरोधी होलोग्राम कद्दूकस करने की आवश्यकता की आवश्यकता नहीं है; इसके अतिरिक्त, उच्च प्रभाव वेग लक्ष्य प्लेट उपज के जोखिम के बिना उपयोग किया जा सकता है, और इस प्रकार, प्रयोगात्मक परिणामों की व्याख्या में जटिलता को कम । जोड़ने के लिए, इस दृष्टिकोण एक विकल्प नमूना सामग्री के लिए हमें अप संबंधों को उपलब्ध कराने के जो उच्च तापमान रिवर्स-ज्यामिति सामान्य प्लेट प्रभाव प्रयोगों प्रदर्शन करने के लिए उपयोग किया जा सकता है. ये प्रतिबाधा मिलान तकनीक के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता, या इसके साथ ही, नमूना सदमे वेग में अनलोडिंग के दौरान परिवर्तन के बारे में जानकारी ले जो नमूने के पीछे की सतह से rarefaction प्रशंसक का एक विश्लेषण३३,३४ . ऊंचा तापमान संयुक्त दबाव-कतरनी प्लेट प्रभाव विन्यास में, इस दृष्टिकोण एक व्यापक तापमान और प्लास्टिक विरूपण रेंज तक का अध्ययन किया जा करने के लिए पतली फिल्मों की गतिशील लोच को सक्षम बनाता है, और तनाव दर 107/ पतली नमूना16,27,29की मोटाई की ।
हम एक ठेठ ऊंचा तापमान प्लेट प्रभाव के ऊपर चर्चा की प्रयोग प्रदर्शन के लिए आवश्यक प्रोटोकॉल पेश करेंगे । यह एक प्रतिनिधि वर्तमान तकनीक का उपयोग कर प्राप्त परिणामों के लिए समर्पित अनुभाग के बाद किया जाएगा । अंत में, परिणामों की चर्चा एक निष्कर्ष से पहले प्रस्तुत किया जाएगा ।
Protocol
Representative Results
Discussion
विधि और प्रोटोकॉल ऊपर कहा गया है ठीक से उच्च तापमान पर एक रिवर्स ज्यामिति सामांय प्लेट प्रभाव प्रयोग प्रदर्शन के लिए प्रक्रिया । इस दृष्टिकोण में, हम बंदूक बैरल करने के लिए उच्च दबाव (ब्रीच) मामले में म?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक नेतृत्व विज्ञान अकादमिक एलायंस डो के माध्यम से अमेरिका के ऊर्जा विभाग के वित्तीय सहायता स्वीकार करना चाहूंगा/NNSA (de-NA0001989 और de-NA0002919) इस अनुसंधान के संचालन में । अंत में, लेखकों वर्तमान और भविष्य की जांच में प्रयासों के दौर से गुजर के समर्थन में उनके सहयोग के लिए लॉस एलामोस राष्ट्रीय प्रयोगशाला शुक्रिया अदा करना चाहूंगा ।
Materials
| 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 |
Referências
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