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

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 régimes^{1,2,3 , 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 faire^8,15.

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 impact^14,23. Pour assurer l’impact ancien, doit avoir lieu avec un angle d’inclinaison de répercussions sur l’ordre de moins d’un milli-radian^12,24, avec des surfaces d’impact de la planéité mieux que quelques micromètres^5,25.

Expériences d’impact plaque ont été adaptées pour inclure les résistances qui permettent les enquêtes de comportement d’étendre en thermomécanique extrêmes^26,27,28,29. 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 déchargement^33,34 . 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 mince^16,27,29.

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.