Lo svolgimento di elevata temperatura normale e combinato di pressione-taglio piatto impatto esperimenti tramite un sistema di riscaldamento-culatta Sabot

Nelle applicazioni di ingegneria, i materiali sono sottoposti a una vasta gamma di condizioni, che possono essere statici o dinamici in natura, accoppiato con elevati livelli di deformazione e temperature che variano da camera a vicino al punto di fusione. Sotto questi estremi Termomeccanica il comportamento del materiale può variare drasticamente; così, nel corso di quasi un secolo, diversi esperimenti sono stati sviluppati mirato verso sondando la risposta dinamica e/o altre caratteristiche del comportamento del materiale mentre sotto controllato caricamento regimi^{1,2,3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14}. per metalli caricati a basse velocità di deformazione intermedio (10^-6-10 0/s), vite servo-idraulica o di precisione, macchine di prova universali sono stati usati per studiare la risposta del materiale sottoposto a varie modalità di caricamento e livelli di deformazione. Ma come sforzo applicato tariffe aumentano oltre la velocità di deformazione intermedia (cioè., > 102/s), altre tecniche sperimentali diventano necessarie al fine di sondare la risposta meccanica. Ad esempio, alle tariffe di 10³/s di carico a 5 × 104/s full-size o miniaturizzato enable bar pressione di Spalato-Hopkinson tali misure per essere fatto^8,15.

Tradizionalmente, luce gas-pistole e/o esplosivo guidato piastra impatto esperimenti sono stati utilizzati per studiare la rigidità dinamica e altri fenomeni come spallazione, o fase di trasformazione che si verifica con molto alta velocità di deformazione (10⁵-10 ⁷/s)^{16,17,18,19,20,21,22}, o combinazioni di pressioni elevate e caricamento dinamico. Abitualmente, piastra impatto esperimenti riguardano il lancio di una piastra di flyer trasportato da un sabot inizialmente alla culatta-fine della gas-pistola, che poi viaggia lungo la lunghezza della canna del fucile e fatta entrare in collisione con una piastra bersaglio fermo accuratamente allineate alla alloggiamento di effetto. A causa dell’impatto, normale e/o combinato di pressione e sollecitazioni di taglio vengono generati dall’interfaccia flyer/destinazione, che viaggiare attraverso le dimensioni spaziali delle piastre come onde di sforzo longitudinale e trasversale longitudinale e/o combinato. L’arrivo di queste onde sulla superficie posteriore della piastra bersaglio influenzano la velocità istantanea di particella superficie libera della piastra bersaglio, che viene monitorata in genere tramite tecniche interferometriche. Al fine di consentire l’interpretazione della velocità delle particelle misurate contro storia del tempo, è necessario che le onde piane con un frontale parallelo alla superficie di impatto generato all’impatto^14,23. Per assicurare l’impatto ex, deve avvenire con un angolo di inclinazione di impatto sull’ordine di meno di un milli-radian^12,24, con superfici di impatto di planarità meglio di un paio di micrometri^5,25.

Gli esperimenti di impatto di piastra sono stati adattati per includere elementi che consentono indagini di comportamento materiale per estendere in Termomeccanica estremi^26,27,28,29riscaldanti. Questi adattamenti di solito comportano l’aggiunta di una bobina di induzione, o di un elemento riscaldatore resistivo per la destinazione-fine del gas-cannone; anche se questi adattamenti sono stati indicati per essere sperimentalmente fattibile, l’approccio intrinsecamente porta a speciali sfide sperimentali che richiedono attente considerazioni. Alcune di queste complicazioni sperimentali includono dilatazioni termiche differenziali dei vari costituenti della Assemblea del supporto di destinazione e/o apparecchio di allineamento durante il riscaldamento la piastra target (campione), che richiede regolazioni di allineamento in tempo reale, solitamente eseguite con strumenti di allineamento comandati a distanza con un feedback continuo per mantenere la tolleranza di parallelismo cruciale tra il campione e piastra bersaglio. Nel caso di regime sperimentale dell’impatto di piastra pressione-shear, riscaldamento del campione richiede grigliati polimero convenzionale sostituito dal grigliati metallici ad alta temperatura resistente al fine di monitorare la velocità trasversale delle particelle sulla superficie libera della piastra segnale. Inoltre, riscaldamento del campione può aggiungere limitazioni alla velocità di impatto che possono essere impiegati in taluni regimi sperimentale, come nel ceppo alto tasso combinato configurazione di impatto piastra di pressione e accoppiamento, dove le considerazioni speciali possono essere richiesti per evitare un’interpretazione inequivocabile dei risultati sperimentali, che sono calcolati utilizzando l’impedenza acustica della parte anteriore e posteriore destinazione piastre che può essere dipendente dalla temperatura. Infine, altre azioni sperimentali, che richiedono un target piatto con finestra ottica, tolleranze tra il campione, bond strato, e/o rivestimenti diventati sempre più difficili da mantenere alle alte temperature¹⁹.

Per alleviare le sfide sperimentali citate sopra, abbiamo fatto adattamenti personalizzati alla esistente monostadio gas-pistola situato a Case Western Reserve University (CWRU)^7,30,31,32 . Queste modifiche permettono campioni di metallo sottili tenuti presso il front-end di un sabot resistente al calore per essere riscaldato a temperature superiori ai 1000 ° C, prima della cottura, che consentono ad alta temperatura normale e/o combinata pressione-shear esperimenti di impatto piastra per essere condotto. In contrasto con la maggior parte degli approcci convenzionali impiegate per studi di impatto piastra di temperatura elevata, questo metodo ha dimostrato di alleviare molte delle sfide sperimentale descritte in precedenza. Ad esempio, questo approccio è stato utilizzato per realizzare concretamente gli angoli di inclinazione di meno di un milli-radian senza la necessità di distanza inclinazione regolazione³⁰, o elementi ottici supplementari per monitorare i cambiamenti di inclinazione durante l’esperimento. In secondo luogo, poiché il target piatto rimane a temperatura ambiente, questo metodo non richiede la necessità di speciali ad alta temperatura resistente reticoli olografici per la misurazione della velocità trasversale delle particelle in esperimenti di impatto obliquo; Inoltre, maggiore velocità di impatto può essere utilizzata senza il rischio di cedere il bersaglio del piatto e quindi, ridurre la complessità nell’interpretazione dei risultati sperimentali. Per aggiungere, questo approccio può essere utilizzato per eseguire esperimenti di impatto inverso-geometria normale piastra ad alta temperatura che forniscono rapporti noi-Up per un materiale campione di scelta. Questi possono essere ottenuti tramite tecniche di adattamento di impedenza, o in aggiunta, un’analisi del ventilatore rarefazione dalla parte posteriore del campione che trasportano informazioni riguardanti cambiamenti nella velocità di scossa del campione durante lo scarico^33,34 . Nella configurazione dell’impatto temperatura elevata combinata pressione-taglio piatto, questo approccio consente la rigidità dinamica di film sottili per essere studiati fino ad una temperatura vasta fascia di deformazione plastica e strain-rate fino a 107/s a seconda lo spessore del campione sottile^16,27,29.

Vi presentiamo i protocolli necessari per l’esecuzione di un esperimento di impatto di temperatura elevata tipica piastra discusso sopra. Seguirà una sezione dedicata al rappresentante risultati ottenuti con la tecnica attuale. Infine, una discussione dei risultati sarà presentata prima una conclusione.