Realização de elevada temperatura Normal e combinados de pressão-tesoura chapa impacto experiências através de um sistema de aquecedor de Sabot culatra-final

Em aplicações de engenharia, materiais estão sujeitos a uma ampla gama de condições, que podem ser estáticas ou dinâmicas na natureza, juntamente com altos níveis de deformação e temperaturas que variam de sala para perto do ponto de derretimento. Sob estes extremos termomecânico o comportamento do material pode variar drasticamente; assim, ao longo de quase um século, vários experimentos foram desenvolvidos voltada para sondar a resposta dinâmica e/ou outras características de comportamento do material sob controlado carregando regimes^{1,2,3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14}. para metais carregados em baixa para taxas de pressão intermediária (10^-6-10⁰ /s), parafuso servo-hidráulicos ou precisão, máquinas de testes universais têm sido usadas para estudar a resposta material submetido a vários modos de carregamento e níveis de deformação. Mas como a tensão aplicada taxas aumentam além das taxas de pressão intermediária (i. e., > 10²/s), outras técnicas experimentais tornam-se necessárias a fim de sondar a resposta mecânica. Por exemplo, carregar taxas de 10 é de³a 5 × 104/s tamanho ou miniaturizado enable de bares de pressão Split-Hopkinson tais medições para ser feita^8,15.

Tradicionalmente, o gás-armas leves e/ou placa explosivamente conduzido experimentos de impacto têm sido utilizados para estudar o inelasticity dinâmico e outro fenômeno como espalação, ou fase de transformação que ocorrem com taxas de muito alta tensão (10⁵-10 ⁷/s)^{16,17,18,19,20,21,22}, ou combinações de altas pressões e carregamento dinâmico. Habitualmente, as experiências de impacto de placa envolvem o lançamento de uma placa de passageiro transportado por um tamanco inicialmente culatra-na extremidade da gás-arma, que em seguida, percorre o comprimento do cano da arma e é feita a colidir com uma placa de alvo estacionário cuidadosamente alinhadas no Câmara de impacto. Em resultado do impacto, pressão normal e/ou combinada e tensões de cisalhamento são geradas na interface de folheto/alvo, que viajar através das dimensões espaciais das placas como ondas longitudinais e/ou combinada stress longitudinal e transversal. A chegada dessas ondas na superfície traseira da placa alvo afetam a velocidade instantânea partícula livre de superfície da placa de destino, que é acompanhada normalmente via técnicas interferométricas. Para permitir a interpretação da velocidade das partículas medido contra história do tempo, é necessário que avião-ondas com uma dianteira paralela à superfície de impacto gerado em cima do impacto^14,23. Para garantir o impacto antigo, deve ocorrer com um ângulo de inclinação do impacto da ordem de menos de 1 milli-radian^12,24, com superfícies de impacto de planicidade melhor que alguns micrômetros^5,25.

Experimentos de impacto de placa foram adaptados para incluir elementos que permitem que as investigações do comportamento do material para estender para termomecânico extremos^26,,^27,28,29de aquecimento. Essas adaptações geralmente envolvem a adição de uma bobina de indução, ou de um elemento aquecedor resistivo à extremidade-alvo da gás-arma; Embora estas adaptações foram mostradas para ser viável experimentalmente, a abordagem inerentemente leva a desafios experimentais especiais que requerem cuidadosos considerações. Algumas destas complicações experimental incluem expansão térmica diferencial dos vários componentes do conjunto de suporte de destino e/ou fixação de alinhamento enquanto a placa-alvo (amostra), que exige ajustes de alinhamento em tempo real, de aquecimento geralmente feitos com ferramentas de alinhamento controlado remotamente com feedback contínuo para manter a tolerância de paralelismo crucial entre a placa de amostra e alvo. No caso de regime experimental o impacto de placa pressão-tesoura, aquecimento a amostra requer grelhas de polímero convencional ser substituído pela grelhas metálicas resistentes de alta temperatura para monitorar a velocidade transversal de partículas na superfície livre do placa-alvo. Além disso, o aquecimento da amostra pode adicionar limitações sobre a velocidade de impacto que pode ser empregada em determinados regimes experimentais, tais como a tensão alta taxa combinada configuração de placa de pressão-e-tesoura impacto, em que considerações especiais podem ser necessárias para evitar uma interpretação inequívoca dos resultados experimentais, que são calculadas usando a impedância acústica da frente e traseiro alvo placas que podem ser dependentes de temperatura. Por último, para outras esquemas experimentais, que exigem uma placa do alvo com uma janela óptica, tolerâncias entre a amostra, camada de ligação, e/ou revestimentos tornam-se cada vez mais difícil de manter em altas temperaturas,¹⁹.

Para aliviar os desafios experimentais mencionados acima, nós fizemos adaptações personalizadas para o existente unicelulares-injetor de gás localizado no caso Western Reserve University (CWRU)^7,30,31,32 . Essas modificações permitem espécimes de metal finas realizadas no front-end de um tamanco resistente ao calor para ser aquecido a temperaturas superiores a 1000 ° C, antes da queima, que permitem alta temperatura pressão-tesoura normal e/ou combinado experimentos de impacto de placa ser conduzido. Em contraste com a maioria das abordagens convencionais utilizadas para estudos de impacto de placa de temperatura elevada, este método foi mostrado para aliviar vários dos desafios experimentais descritos acima. Por exemplo, esta abordagem tem sido utilizada para conseguir viabilizar a ângulos de inclinação de menos de 1 milli-radian sem a necessidade de ajuste de inclinação remoto³⁰, ou elementos ópticos adicionais para monitorar alterações de inclinação durante o experimento. Em segundo lugar, uma vez que a placa-alvo permanece sob temperatura ambiente, este método não requer a necessidade de grades de holográficos especiais resistentes a altas temperaturas para a medição da velocidade de partícula transversal em experimentos de impacto oblíquo; Além disso, maiores velocidades de impacto podem ser utilizadas sem o risco de ceder o alvo da placa e assim, reduzir a complexidade na interpretação dos resultados experimentais. Para adicionar, esta abordagem pode ser utilizada para realizar experiências de impacto de placa normal de geometria reversa de alta temperatura que fornecem relações de nos-Up para um material de amostra de escolha. Estes podem ser obtidas através de técnicas de impedâncias, ou além disso, uma análise do ventilador rarefação da superfície traseira da amostra que carregam informações sobre alterações na velocidade de choque de amostra durante descarga^33,34 . Na configuração de impacto de temperatura elevada pressão combinada-tesoura chapa, essa abordagem permite que o inelasticity dinâmico de filmes finos para ser estudado até uma escala de temperatura e intervalo de deformação plástica e até 107/s dependendo da estirpe-taxas da espessura do espécime fino^16,,^27,29.

Apresentaremos os protocolos necessários para a realização de um experimento de impacto de prato típico de temperatura elevada discutido acima. Isso será seguido por uma secção dedicada à representante resultados obtidos usando a técnica de presente. Por último, uma discussão dos resultados será apresentada antes de uma conclusão.