Uitvoeren van verhoogde temperatuur normaal en druk-Shear plaat gevolgen experimenten Via een stuitligging-Sabot kachel endsysteem gecombineerd

In waterbouwkundige toepassingen, zijn materialen onderworpen aan een brede waaier van voorwaarden, die kunnen statisch of dynamisch in de natuur, in combinatie met hoge niveaus van vervorming en temperaturen variërend van kamer naar in de buurt van het smeltpunt. Onder deze uitersten thermomechanische kan de materiaalgedrag variëren drastisch; Dus, meer dan bijna een eeuw, verschillende experimenten zijn ontwikkeld gericht naar het sonderen van de dynamische reactie en/of andere kenmerken van materiaalgedrag terwijl onder gecontroleerd laden regimes^{1,2,3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14}. voor metalen geladen op lage tot tussentijdse stam tarieven (10^-6-10⁰ /-s), servo-hydraulische of precisie schroef universele testen machines zijn gebruikt voor het bestuderen van de materiële reactie onderworpen aan verschillende laden modi en niveaus van vervorming. Maar als de toegepaste spanning verhogen tarieven buiten de tussenliggende stam-tarieven (dwz., > 102/s), andere experimentele technieken noodzakelijk teneinde de sonde van de mechanische reactie zijn geworden. Bijvoorbeeld bij laden tarieven van 103/s tot en met 5 × 104/s full-sized of verkleind Split-Hopkinson druk bars inschakelen dergelijke metingen te worden gemaakt van^8,15.

Traditioneel, lichte gas-geweren en/of explosief gedreven plaat gevolgen experimenten hebben gebruikt om te bestuderen van de dynamische inelasticity en andere verschijnsel zoals spallation of fase van de transformatie die zich voordoen met zeer hoge spanning tarieven (10-⁵-10 ⁷/s)^{16,17,18,19,20,21,22}, of combinaties van hoge druk en dynamisch laden. Gewoonlijk, plaat gevolgen experimenten betrekken de lancering van een plaat van de flyer gedragen door een sabot aanvankelijk aan het staartstuk-einde van de gas-pistool, die vervolgens langs de lange zijde van het pistool-vat reist en wordt gemaakt te botsen met een zorgvuldig uitgelijnd stationaire doel plaat op de gevolgen kamer. Als gevolg van de impact, worden normale en/of gecombineerde druk en schuifspanningen gegenereerd op de flyer/target-interface, die reizen door de ruimtelijke dimensies van de platen als longitudinale en/of gecombineerde langs- en dwarswapening stress golven. De komst van deze golven op het achterste oppervlak van de plaat van de doelstelling van invloed op de snelheid van de momentane vrije oppervlakte deeltje van de doel-plaat, die meestal wordt gecontroleerd via interferometrische technieken. Om de interpretatie van de gemeten deeltje snelheid versus tijd geschiedenis, is het noodzakelijk dat vliegtuig-golven met een front evenwijdig aan het botsingsvlak op effect^14,23worden gegenereerd. Om de voormalige, impact moet plaatsvinden met een effect tilt hoek over de volgorde van minder dan één milli-radiaal^12,24, met gevolgen oppervlakken van vlakheid beter dan een paar micrometers^5,25.

Plaat gevolgen experimenten zijn aangepast tot verwarmingselementen waarmee onderzoek naar materiaalgedrag uit te breiden in thermomechanisch uitersten^26,27,28,29. Deze aanpassingen sprake meestal van de toevoeging van een inductiespoel, of van een resistieve kachel element aan het doel-einde van het gas-wapen; al deze aanpassingen experimenteel haalbaar gebleken zijn, wordt de aanpak inherent leidt tot speciale experimentele uitdagingen die zorgvuldige overwegingen vereisen. Sommige van deze experimentele complicaties omvatten Differentiële thermische uitzetting van de verschillende bestanddelen van de vergadering van de houder van de doelgroep en/of uitlijnopspanning terwijl de plaat van de doelgroep (VB), waarvoor in-real-time uitlijning aanpassingen, Verwarming meestal gemaakt met op afstand bestuurde uitlijning tools met continue feedback teneinde cruciale parallellisme tolerantie tussen de monster- en het doeldomein plaat. In het geval van de druk-shear plaat effect experimentele regeling, Verwarming van het monster vereist conventionele polymeer roosters vervangen door hoge-temperatuur-resistente metalen roosters om te kunnen volgen dwars deeltje snelheid op het vrije oppervlak van de doel de plaat. Bovendien, Verwarming van het monster kunt toevoegen beperkingen op de botssnelheid die kan worden ingezet in bepaalde experimentele regelingen, zoals in de hoge stam gecombineerd tarief druk-en-shear plaat gevolgen configuratie, waar speciale overwegingen mogelijk vereist om te voorkomen dat een ondubbelzinnige interpretatie van de experimentele resultaten, die worden berekend met behulp van de akoestische impedantie van de voorzijde en achterzijde doel platen die mogelijk temperatuur afhankelijk. Tot slot, voor andere experimentele regelingen waarvoor een doel-plaat met een optische venster, toleranties tussen de monster, bond laag, en/of coatings steeds moeilijker te handhaven op hoge temperaturen¹⁹.

Ter verzachting van de experimentele uitdagingen hierboven vermeld, hebben wij aangepaste aanpassingen aan de bestaande single-fase gas-gun gelegen aan de Case Western Reserve University (CWRU)^7,30,31,32 . Deze wijzigingen kunnen dunne metalen exemplaren gehouden op de front-end van een hittebestendig sabot te worden verhit tot temperaturen boven 1000 ° C, voorafgaand aan de ontploffing, waardoor hoge temperatuur normaal en/of gecombineerde druk-shear plaat gevolgen experimenten worden uitgevoerd. In tegenstelling tot de meeste van de conventionele benaderingen werkzaam voor verhoogde temperatuur plaat impactstudies, heeft deze methode aangetoond dat verschillende van de hierboven beschreven experimentele uitdagingen te verlichten. Deze aanpak is bijvoorbeeld gebruikt om redelijkerwijs tilt hoeken van minder dan één milli-radiaal zonder de noodzaak voor externe tilt aanpassing³⁰, of extra optische elementen voor tilt veranderingen tijdens het experiment te volgen. Ten tweede, aangezien de doelgroep plaat onder omgevingstemperatuur kunnen worden bewaard blijft, deze methode hoeft niet de behoefte aan speciale hoge-temperatuur-resistente holografische roosters voor de meting van transversale deeltje snelheid in schuine gevolgen experimenten; Bovendien hogere impact snelheden kunnen worden gebruikt zonder het risico van de opbrengst van het doel plaat, en dus, het verminderen van de complexiteit van de interpretatie van de experimentele resultaten. Om toe te voegen, kan deze aanpak standaardinteracties hoogtemperatuur omgekeerde-meetkunde normale plaat gevolgen experimenten die ons tot relaties voor een keuze monstermateriaal worden gebruikt. Deze kunnen worden verkregen via impedantieaanpassing technieken, of Daarnaast, een analyse van de ventilator van de rarefaction van de achterste oppervlak van het monster waaraan informatie over eventuele wijzigingen in monster schok snelheid tijdens het lossen^33,34 . In de verhoogde temperatuur gecombineerde druk-shear plaat gevolgen configuratie kunnen deze aanpak de dynamische inelasticity van dunne lagen worden bestudeerd tot een breed temperatuur en plastische vervorming bereik en stam-tarieven tot 107/s afhankelijk van de dikte van de dunne specimen^16,27,29.

Wij presenteren de protocollen die nodig zijn voor het uitvoeren van een typische verhoogde temperatuur plaat effect experiment hierboven besproken. Dit zal worden gevolgd door een sectie gewijd aan representatieve resultaten verkregen met behulp van de huidige techniek. Tot slot zal een bespreking van de resultaten worden gepresenteerd vóór een sluiting.