Name: a method for studying the temperature dependence of dynamic fracture and fragmentation
Uploaded: 2015-06-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 12 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Method for Studying the Temperature Dependence of Dynamic Fracture and Fragmentation at JoVE.com

The authors gratefully acknowledge continued funding and support for the project from the Atomic Weapons Establishment, AWE Plc. (UK) and Imperial College London.

1. ייצור והרכבת יעד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גליל יעד מכונת לממדים רצויים ממניות מוצקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את משטח הצילינדר על ידי הסרת סימני עיבוד. משטח מפוזר אחיד עדיף להשתקפות PDV. תוצאות טובות כבר הושגו עם מלטש רטוב אור עם&gt; 1,200 חצץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפיין את מרכיבי היעד, כלומר, למדוד את הפעולות הבאות: אורך גליל, קוטר ועובי דופן (במקומות רבים) אורך קליע, קוטר אורך Ogive, קוטר מסה של כל האמור לעיל </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרכב את טבעת ההרכבה הגליל וזרוע PDV. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר בדיקות PDV בmounts kinematic ועל זרוע PDV. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את ogive בגליל היעד, כך שהחלק האחורי של ogive הוא מיושר עם החלק האחורי של הגליל (זה צריך להיעשות בסדנה שטוחה). שלושה ברגי M3 נועדו להחזיק ogive במקום, ובמקביל לאפשר לגליל &quot;קליפת aw<html> איי &#39;בהרחבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את גליל היעד בהרכבת החומרה, כך שהכניסה של הגליל היא מיושר עם הפנים המובילים של הטבעת לתלייה. אבטח את הגליל במקום עם 6 ברגי M4 זלילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן חימום / קירור ומנגנון צמדים קשר לאורכו של הקיר החיצוני הגליל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את / APC (מחבר טבעת חזוק, מגע פיזי זווית) FC מחברים בסוף סיבי הבדיקה PDV עם מטלית ניקוי סיבים ולבדוק עם היקף סיבים. זה חשוב כדי להפחית את הגב-ההשתקפות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בליזר Class 3R גלוי (660 ננומטר) בערך ליישר את הבדיקות, כך שהם רגילים לצילינדר (כלומר, האור מוחזר נופל בחזרה על הבדיקה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרכיב מעגל רפלקטיביות בסיסי באמצעות circulator. חבר לייזר ננומטר כיתת 1,550 1 לקלט 1, חללית PDV לקלט 2 ומד כוח לקלט 3. יישר את בדיקות PDV בתורו, כך שהכח חזר מוגדלת. </li></ol>ss = &quot;jove_title&quot;&gt; 2. גז אקדח הכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות התוספת לחבית ומיקרומטר העומק ליישר את טבעת היעד לסוף החבית כדי למזער הטיה השפעה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את מערכת הפחתת בר והגנת הדלת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את תקע יישור היעד בחבית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את מכלול היעד וליישר את התקע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את זוג איפור הדק בסוף החבית ולהתחבר לחומרת העיתוי והאבחון. מדוד את המרחק ממגע עם ההדק להשפעה של הקליע בogive. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את מראות הפיכה לצילום במהירות גבוהה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את המראות לתת מבט מאונך של הגליל דרך יציאות טנק היעד ולנעול במקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את מצלמות מהירות ומנורות הבזק הגבוהה מחוץ לטנק היעד. מביט למטה החבית, למקם את המצלמה במהירות הגבוהה ופלאש אחד מנורה ב03:00 ביחס לצילינדר. הנח את המצלמה IVV בשעה 9 ומנורת הבזק אחר בשעה 12. בתצורה זו המצלמה במהירות הגבוהה תהיה למעקב סדק מואר קדמית וIVV תספק תמונות צללית לגילוי קצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את ציוד חימום / קירור למקד וthroughs הזנת ואקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זהירות: עם משקפי המתאימים ואמצעי זהירות אחר להפעיל את לייזרי IV הייצוגית, אוסצילוסקופ ומערכות PDV. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדקו את רמות הכח שנשלחו לבדיקות PDV. עם מערכת PDV, משתמש בדרך כלל בסביבות 5 mW לכל בדיקה עם mW 1 לכל ערוץ להתייחסות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את היישור של בדיקות PDV עם מד כוח. ברגע שמרוצה מכרטיס IR שימוש יישור למדוד בי בדיקות PDV מחפשים על פני השטח הגליל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את לייזר ההתייחסות ולבדוק את האיכות של אותות הפעימה ניתנו על ידי כל בדיקה. התאם את אורך הגל של הלייזר (ים) כדי לקבוע את תדירות מהירות הקצב הרצויה אפס (להגדיר את זה בסביבות 5 GHz). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שמרוצה מהיעד עליgnment, מיקום הדק, מצלמה ויישור מראה, יישור הבדיקה PDV ומיקום ומסגרת הפחתה לסגור את מיכל היעד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את תקע היישור; להתקין את הקליע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מצלמות התקנה ותאורה (קצב פריימים, חשיפה, תזמונים) ולבצע הדמיה מבחן. שיעורי מסגרת אופייניים הם סביב 250,000 מסגרות / שנייה לשתי המצלמות, עם חשיפה של כ 0.5 μsec. התמונה הראשונה היא בדרך כלל מתוזמן כדי לחפוף עם הרגע של השפעה. </li></ol> הכנת 3. ירי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את דיאפרגמה העכוז שחל על לחץ ירי צורך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את העכוז ולהתחיל פינוי טנקי היעד. לשאוף לרמת ואקום באזור של 50 mTorr. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע התקנה סופית של כל האבחון (עיכובי אוסצילוסקופ, גורמים, הגדרות מצלמה וכו &#39;). אוסצילוסקופ סט לPDV ב 50 μsec לחלוקה, 25 psec לכל נקודה וpretrigger של 20% כדי לתת חלון 500 μsec. לעורר oscilloscopes ומצלמות כך שאפס זמן עולה בקנה אחד עם הזמן של השפעה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדיקת הדק סופית; בדיקת תזמונים מדויקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל לייזרים; מצלמות זרוע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חדר קרוב; משתלב לייזר הבטחה ולחץ גבוה נמצא במיקום הנכון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בגין חימום / קירור כנדרש באמצעות תוכנת LabVIEW. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טעינת האקדח ללחץ הירי הנדרש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר בלחץ, לעשות בדיקה סופית שכל מערכות האבחון חמושים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבודד את מנגנון החימום או קירור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספירה לאחור &quot;3, 2, 1 אש.&quot; </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Vent טנקי היעד ולכידה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשמור את כל נתוני אוסצילוסקופ ומצלמה. </li></ol> Shot 4. הודעה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את הלייזרים ולחכות לאקדח להשוות באופן מלא באווירה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את מיכל היעד, לאסוף את כל שברי המתכת ולמיין את טי-6Al-4V. </li></ol> ניתוח נתונים 5. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ביצוע ניתוח STFT על מערכת ההפעלה PDVנתונים cilloscope להפחית את היסטורית המהירות כמו לכל הניתוח של Ao ו -12 דולן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נתוני תהליך במהירות גבוהה הדמיה עם תוכנה כזו כאמור בטבלת הציוד. מד המצלמה במהירות גבוהה יספק זמן ומאמץ בכישלון ולאפשר ניתוח של היווצרות סדק וצמיחה. תמונות הצללית מIVV לספק יתרון ברור לבחון את הפרופיל מלא עיוות של הגליל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד ולשקול ברים התאוששו. בחר ברים עם תכונות מעניינות כגון שברים נעצרו ולהכין אותם למיקרוסקופיה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סעיף, הר, וללטש את שברים; לאחר מכן לנתח במיקרוסקופ האלקטרונים. backscatter אלקטרון השתברות מספקת מידע על מרקם ומייקרו לצד הדמיה אלקטרונים משנית לחקור את משטחי שבר ולזהות את מצב הכישלון. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Jones, D. R., Chapman, D. J., Eakins, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+gas+gun+based+technique+for+studying+the+role+of+temperature+in+dynamic+fracture+and+fragmentation.">A gas gun based technique for studying the role of temperature in dynamic fracture and fragmentation.</a> J. Appl. Phys. 114, 173508 (2013).</li><li>Liao, S. C., Duffy, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adiabatic+shear+bands+in+a+Ti-6Al-4V+titanium+alloy.">Adiabatic shear bands in a Ti-6Al-4V titanium alloy.</a> J. Mech. Phys. Solids. 46 (11), 2201-2231 (1998).</li><li>Mott, N. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fragmentation+of+shell+cases.">Fragmentation of shell cases.</a> Proc. R. Soc. Lond. A. 189 (1018), 300-308 (1947).</li><li>Hoggatt, C. R., Recht, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fracture+behavior+of+tubular+bombs.">Fracture behavior of tubular bombs.</a> J. Appl. Phys. 39 (3), 1856-1862 (1968).</li><li>Banks, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+fragmentation+behavior+of+thin-walled+metal+cylinders.">The fragmentation behavior of thin-walled metal cylinders.</a> J. Appl. Phys. 40 (1), 437-438 (1969).</li><li>Warnes, R. H., Duffey, T. A., Karpp, R. R., Carden, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+technique+for+determining+dynamic+metal+properties+using+the+expanding+ring.">Improved technique for determining dynamic metal properties using the expanding ring.</a> Los Alamos Scientific Laboratory Report. , (1980).</li><li>Niordson, F. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+unit+for+testing+materials+at+high+strain+rates.">A unit for testing materials at high strain rates.</a> Exp. Mech. 5 (1), 29-32 (1965).</li><li>Grady, D. E., Benson, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fragmentation+of+metal+rings+by+electromagnetic+loading.">Fragmentation of metal rings by electromagnetic loading.</a> Exp. Mech. 23 (4), 393-400 (1983).</li><li>Winter, R. E., Prestidge, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+technique+for+the+measurement+of+the+high+strain+rate+ductility+of+metals.">A technique for the measurement of the high strain rate ductility of metals.</a> J. Mat. Sci. 13 (8), 1835-1837 (1978).</li><li>Vogler, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fragmentation+of+materials+in+expanding+tube+experiments.">Fragmentation of materials in expanding tube experiments.</a> Int. J. Imp. Eng. 29, 735-746 (2003).</li><li>Strand, O. T., Goosman, D. R., Martinez, C., Whitworth, T. L., Kuhlow, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compact+system+for+high-speed+velocimetry+using+heterodyne+techniques.">Compact system for high-speed velocimetry using heterodyne techniques.</a> Rev. Sci. Inst. 77, 083108 (2006).</li><li>Ao, T., Dolan, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SIRHEN:+A+data+reduction+program+for+photonic+Doppler+velocimetry+measurements.">SIRHEN: A data reduction program for photonic Doppler velocimetry measurements.</a> Sandia National Laboratories Report. , (2010).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

שיטה זו מאפשרת חקירה של חומרים בשיעורים גבוהים של העמסת מתיחה על פני טווח רחב של טמפרטורות, מקריוגני ל~ 1000 K, ייחודי לעיצוב זה. עם זאת, זה מוסיף אתגרים מסוימים להגדרה וביצוע הניסויי. ראשית, כדי לייעל את בקרת הטמפרטורה להוסיף ogive צריך להיות במכונה מחומר מתאים. 4340 פלדה משמ?...

הכישלון הדינמי של חומר הוא היבט חשוב של ההתנהגות המכנית הכוללת שלה, ויש לו רלוונטי למספר רבה של תעשיות, כולל, תעופה וחלל, וצבאי רכב כדי שם כמה. בעוד כישלון בזן שיעורים נמוכים הוא למד בדרך כלל באמצעות בדיקות קונבנציונליות מתח, שבו דגימה דקה ארוכה טעונה במתח מהקצוות, בשיעורים גבוהים מתח גיאומטריה / תצורה כזו דורשת מדגם להיות קטנים מאוד על מנת לשמור על שיווי משקל פסאודו-מכאני לאורך כל הבדיקה. בהופעתו של סדק יחיד, החומר שמסביב יהיה רגוע, ביעילות לעצור את הפיתוח של כל אתרי כישלון סמוכים. זה מגביל את מספר השברים שניתן לצפות בו זמנית בכל ניסוי אחד, ומונע מידע חשוב בנוגע לסטטיסטיקה של כישלון שתיקבע. מבחן גליל הרחבת הוא טכניקה מבוססת היטב לאפיון האופן שבו מאטריהLS להיכשל ושבר תחת העמסה במהירות גבוהה. בבדיקה, גליל עשוי מהחומר של עניין טעון באופן אחיד לאורך ההיקף הפנימי שלה, משיק גל מתח דרך הקיר וגרם לגליל להרחבה. בקרוב גל רדיאלי זה מתפוגג ולחץ חישוק מתיחה אחיד סביב ההיקף שולט. כשיעור לחץ והמתח הוא אותו סביב הגליל שבר ופיצול ההתנהגות נשלטת אך ורק על ידי התכונות של החומר. הבדיקה מקלה על הבעיה כאמורה לעיל היקפי מדגם בדרך כלל גדולים לקדם ייזום של אתרי כישלון מרובים תחת לחץ אחיד 1. המטרה העיקרית בפיתוח טכניקה ניסיונית זו הייתה לאפשר ללימוד התפקיד של טמפרטורה שבבר ופיצול ההתנהגות של גליל הרחבת. השליטה בטמפרטורת המדגם תאפשר לחקירה של כמה חוזק המתיחה הדינמי, מנגנון שבר, וfragmentation התנהגות של החומר מושפעת. לדוגמא במתכות, עלייה בטמפרטורה יכולה לגרום למעבר משביר לבר רקיע, אדיב עבודת פלסטיק יותר לפני סופו של הדבר נכשל. כמה חומרים כגון טי-6Al-4V יכולים גם להציג גזירת adiabatic לוקליזציה 2. בעוד המדגם מעווה, עבודת הפלסטיק מייצרת חום. אם שיעור ריכוך כתוצאה מעליית טמפרטורה זו הוא גדול יותר מהשיעור של התקשות עבודה מהעיוות, חוסר יציבות יכולה להיווצר בו כמות גדולה של דפורמציה פלסטית מתרחשת בלהקה מאוד מקומי (להקת גזירת adiabatic). תגובה זו היא לקדם בטי-6Al-4V בשל מוליכות תרמית העניים שלה, ובאופן פוטנציאלי יכולה להגביל את האפקטיביות שלה עבור יישומים כגון שריון קל משקל. גישה חדשה לבדיקה זו חייבת לספק את שני קריטריונים עיקריים. ראשית, השיטה חייבת לייצר שיעור מתח רדיאלי על בסדר הגודל של 10 שניות 4 -1, לראות בדרך כלל בבליסטי ואירועי השפעה, כדי לאפשר השוואה למחקרים קודמים העסקת תוכניות טעינה מסורתיות יותר. שנית, מנגנון הכונן צריך להיות מושפע מטמפרטורת המדגם כדי להבטיח עקביות בין ניסויים. מנגנוני הרחבת גליל ראשוניים משמשים מטעני חבלה, או פשוט ממלא את גליל מדגם 3-5 ישירות או באמצעות נהג ביניים. במקרה האחרון משמש חיץ 6, שבו המדגם ממוקם מעל גליל פלדה שבתורו מכיל מטען חבלה. המגבלה הברורה היא שככל שגליל המדגם מכיל חומר הכונן (בצורה של חומר הנפץ) חימום הגליל יהיה גם לחמם את תשלום. אמנם זה לא יכול לגרום ישירות ייזום תשלום סוגים רבים של חומר נפץ מכילים חומר פולימרי קלסר שיתמוסס מ- גליל המדגם. כמו כן, כמה חומרי נפץ להיות רגישים מאוד כאשר התקררו. משמעות דבר היא כי כונני נפץ אינם מתאימים למחקר טמפרטורה. חלופי<html> שיטה משתמשת בכח לורנץ להרחבה - המדגם ממוקם מעל סליל נהג 7, 8 נוכחי גבוהה מוזרק לתוך סליל זה נהג (בדרך כלל כבדים חוטי נחושת מד), גרימה נוכחית הפוכה במדגם.. זרמים המנוגדים אלה הקשורים שדות מגנטיים הפועלים נגד אחד את השני, הלחץ המגנטי נהיגה המדגם החוצה מהפרצוף הפנימי. שוב, חימום החומר ישפיע לרעה על הסליל נחושת בתוך כונן המדגם. רובי גז שימשו להרחבת גליל מאז סוף 1970 9. בניסויים אלו החומר המשמש להוספה בגליל הוא פולימר, הכונן מגיע כתוצאה משני הקליעים והכנס עיוות בהשפעה. עלון זה הוא בדרך כלל גומי או פלסטיק 10, הכוח והגמישות של אשר משפיע באופן חמור על ידי טמפרטורה. חימום יעשה את הכנס רך מדי, וקירור יהיה לגרום לו להתנהג בצורה כל כך שבירה ייכשל בטרם עת. = &quot;Jove_content&quot; ילדה&gt; שלא כמו טכניקות הרחבת צילינדר קודמות, בשיטה המתוארת כאן היא ראשון שמספק כונן טעינת הדיר על פני טווח רחב של טמפרטורות (100-1,000 K). הטכניקה שלנו היא ייחודית בכך שהחומר המשמש לנהיגת ההרחבה (במקרה שלנו הקליע) הוא נפרד מהגליל ועד לנקודת פגיעה. כתוצאה מכך, הוא אינו מושפע מהטמפרטורה הראשונית של גליל המדגם ומספק עומס הדיר. הגיאומטריה הניסיונית מורכבת מפלדה ogive רכוב בתוך צילינדר היעד, עם הקצה הממוקם בערך באמצע הדרך לאורכו של הגליל. אקדח גז אור שלב אחד לאחר מכן נעשה שימוש כדי להפעיל קליע פוליקרבונט עם פנים קעורים לתוך הצילינדר במהירויות של עד 1,000 מטר / שנייה -1. הציר של היעד הוא צילינדר מיושר היטב לציר של חבית גז האקדח כדי להקל על עומס הדיר ואחיד. זרימת ההשפעה ולאחר מכן של פוקליע lycarbonate סביב ogive הפלדה פסאודו-נוקשה, מניע את הגליל לתוך הרחבה מהקיר הפנימי. היו הגיאומטריה של להכניס את ogive והפנים קעורים של הקליע אופטימיזציה בזהירות בעזרת הדמיות מחשב הידרו-קוד על מנת ליצור את ההרחבה הרצויה של הגליל. שימוש 4340 סגסוגת פלדה לogive מאפשר התנסות בגליל בטמפרטורה ככח שלה הוא גבוה בהרבה מקליע פוליקרבונט על פני טווח הטמפרטורה של עניין, להבטיח את מנגנון הכונן נשאר עקבי. Ogives התאושש מניסויים מחוממים ומקוררים רק להפגין עיוות מינימאלית כתוצאה מההשפעה. החימום והקירור של גליל המדגם נעשה על ידי ההתקנה של חומרת בקרת טמפרטורה להפסקה במכונה בחלקו האחורי של עלון ogive. לקירור המדגם בקירור (~ 100 K), הפגרה בogive היא חתומה עם מכסה אלומיניום והחנקן נוזלי הוא Fגעה דרך החלל. כצילינדר היעד יש שטח מגע גדול עם ogive המדגם הוא מקורר באמצעות הולכה. כדי לחמם את גליל היעד לטמפרטורות מתקרבות 1,000 K, תנור קרמי והתנגדות nichrome ממוקם בפגרת ogive. אספקת חשמל נוכחית גבוהה מספקת עד 1 קילוואט, חימום ogive והגליל. הגליל וogive מבודדים תרמית מהיעד הר בגז אקדח שלב אחד באמצעות מפרידי קרמיקה MACOR. הטנק הוא גם החזיק תחת ואקום מתון (&lt;0.5 Torr) במהלך הניסוי אשר מסייע מניפולציה תרמית. על מנת לאבחן את תהליך הפיצול של הגליל, תכנון הניסוי כולל מספר רב של ערוצים של תדר-המרת PDV, כדי למדוד את מהירות ההתרחבות בנקודות לאורך הגליל. PDV הוא טכניקה חדשה יחסית 11, סיבים אופטיים המבוססת אינטרפרומטריה המאפשרת המדידה של מהירויות פני השטח במהלך אירועים דינמיים מאוד. במהלך מדידת PDV, דופלר העביר אור מוחזר ממשטח מרגש של עניין באמצעות בדיקה סיבים אופטיים בשילוב עם אור-נע האו&quot;ם, יצירת תדר פעימה שעומדים ביחס ישר למהירות של פני השטח המרגש. בעיקרו של דבר, מערכת PDV הוא interferometer מייקלסון מהיר באמצעות התקדמות טכנולוגית האינפרה-אדום קרוב (1,550 ננומטר) תקשורת לתדרים הכו שיא בטווח GHz. מערכת ההרכבה לבדיקות PDV 100 מ&quot;מ אורך המוקד השתמשו במחקר הנוכחי מבטיחה כי הם מבודדים מהטמפרטורה של הגליל ומספק יישור קל. יתרון נוסף של שימוש בבדיקות אורך מוקד 100 מ&quot;מ הוא שהם מספקים גישה אופטית מספיק כדי לאפשר צילום במהירות גבוה כדי למדוד את פרופיל הרחבת כל הצילינדר. ההסדר והמיקום של ארבע בדיקות, הספירה, לאורך הגליל מוצג באיור 1 שתי מצלמות מהירות גבוהה מועסקות כאן.; מצלמת וידאו במהירות גבוהה הפנטום V16.10 הפועלים ב250,000 fps ומצלמה 12/24 מסגור IVV UHSi, לכידת 24 תמונות. המצלמה IVV היא תאורה אחורית כך שהגליל מואר בצללית מאפשרת קצה רדיאלית הרחבת של הגליל כדי להיות במעקב מדויק. המצלמה הפנטום היא החזית מוארת הדמיה תהליך חניכת כישלון ופיצול. צילום במהירות הגבוה אז יכול להיות מתואם עם velocimetry לתת מתח ושיעור מתח לאורך המדגם המלא. ההדמיה במהירות הגבוהה גם מאפשרת למידה מדויקת של מתח כישלון ודפוסי שבר על פני השטח. הטכניקה הניסיונית שהוצגה בסעיף הפרוטוקול הבא מספקת אמצעי לשליטה על טמפרטורת המדגם בניסוי גליל הרחבת, שדרכו מנגנוני שבר שונים עשויים להיות מופעלים או מדוכא. טכניקה זו תוביל להבנה מקיפה יותר של התפקיד של טמפרטורה בתרחישי טעינה דינמיות.

<table><tbody><tr><td>1,550 nm CW Laser</td><td>NKT Photonics</td><td>Koheras Adjustik</td><td>x 2</td></tr><tr><td>1,550 nm Power Amplifier</td><td>NKT Photonics</td><td>Koheras Boostik HPA</td><td></td></tr><tr><td>Delay Generators</td><td>Quantum Composers</td><td>9500+ Digital Delay Pulse Generator</td><td>8 output version</td></tr><tr><td>Stanford Research Systems</td><td>DG535 Digital Delay Generator</td><td></td><td></td></tr><tr><td>16 Channel Digitiser</td><td>Agilent Technologies</td><td>U1056B Chassis + 4 X U1063A Digitiser</td><td></td></tr><tr><td>High Bandwidth Oscilloscopes</td><td>Teledyne LeCroy</td><td>WaveMaster 816Zi-A</td><td>Expansion Velocity, Gen 3 PDV</td></tr><tr><td>Tektronix</td><td>DPO71604C</td><td>Projectile Velocity, Gen 1 PDV</td><td></td></tr><tr><td>High Speed Imaging Systems</td><td>Vision Research</td><td>Phantom v16.10</td><td></td></tr><tr><td>Invisible Vision</td><td>IVV UHSi-24</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zeiss Optics</td><td>Planar T* 1,4/85</td><td>85 mm Prime Lens</td><td></td></tr><tr><td>Nikon</td><td>AF-S Nikkor 70-200 mm f/2.8 ED VR II</td><td>70-200 mm Telephoto Lens</td><td></td></tr><tr><td>Flash Lamp</td><td>Bowens</td><td>Gemini Pro 1500 W</td><td>x 2</td></tr><tr><td>PDV Probe</td><td>Laser 2000</td><td>LPF-04-1550-9/125-S-21.5-100-4.5AS-60-3A-3-3</td><td>x 4 (Custom order)</td></tr><tr><td>PDV System</td><td>Built in-house by the Institute of Shock Physics</td><td>Custom Build</td><td>3&lt;sup&gt;rd&lt;/sup&gt; Generation (Upshifted) 8 Channel Portable PDV System</td></tr><tr><td>Control Software</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 2013</td><td></td></tr><tr><td>Control Hardware for heating</td><td>National Instruments</td><td>NI-DAQ 6009 USB</td><td></td></tr><tr><td>Heating Power Supply</td><td>BK Precision</td><td>BK1900</td><td></td></tr><tr><td>Thermocouple Logger</td><td>Pico Technology</td><td>TC-08</td><td></td></tr><tr><td>100 mm Single Stage Light Gas Gun</td><td>Physics Applications, Inc. (PAI)</td><td>Custom Build</td><td>Capable of at least 1,000 m/sec with ~2 kg projectile</td></tr><tr><td>Image analysis software</td><td>National Institutes of Health</td><td>ImageJ</td><td>Open source, free</td></tr><tr><td>Image analysis software</td><td>Mathworks</td><td>MATLAB r2014a</td><td>With image processing toolboxes</td></tr><tr><td>Material sectioning saw</td><td>Struers</td><td>Accutom-50</td><td></td></tr><tr><td>Electron Microscope</td><td>Zeiss</td><td>Auriga</td><td></td></tr><tr><td>Electron Backscatter Diffraction</td><td>Bruker</td><td>e-Flash 1000</td><td></td></tr><tr><td>EBSD software</td><td>Bruker</td><td>eSprit</td><td></td></tr></tbody></table>

a method for studying the temperature dependence of dynamic fracture and fragmentation

הבר הדינמי של גוף הוא תופעה בשלב מאוחר למדה בדרך כלל בתנאים פשוטים, שבו דגימה מעוות תחת לחץ אחיד ושיעור מתח. זה יכול להיות מיוצר על ידי באופן שווה טעינת המשטח הפנימי של גליל. בשל הסימטריה הצירית, כגליל מרחיב את הקיר ממוקם לתוך חישוק לחץ מתיחה שהוא אחיד סביב ההיקף. אמנם יש טכניקות שונות כדי ליצור הרחבה זו, כגון חומרי נפץ, כונן אלקטרומגנטים, וטכניקות אקדח גז קיימות הם כולם מוגבלים בעובדה שגליל המדגם חייב להיות בטמפרטורת חדר. אנו מציגים שיטה חדשה באמצעות אקדח גז המאפשר ניסויים בבלונים מ -150 K 800 K עם טעינה עקבית, הדיר. ניסויים אובחנו מאוד אלה משמשים לבחינת ההשפעה של טמפרטורה על מנגנוני שבר אחראים לכישלון, וכתוצאה מכך ההשפעה שלהם על סטטיסטיקת פיצול. הגיאומטריה הניסיונית מעסיקהogive הפלדה ממוקם בתוך צילינדר היעד, עם הקצה הממוקם בערך באמצע הדרך ב. אקדח גז אור שלב אחד לאחר מכן נעשה שימוש כדי להפעיל קליע פוליקרבונט לתוך הצילינדר ב 1000 מ &#39;/ שנייה -1. השפעות והקליע זורמת סביב ogive הנוקשה, נהיגה גליל המדגם מבפנים. השימוש בהוספת ogive לא לעוות מאפשרת לנו להתקין חומרת בקרת טמפרטורה בתוך האחורי של הגליל. חנקן נוזלי (LN 2) משמש לקירור ועומס נוכחי גבוה התנגדות לחימום. ערוצים מרובים של velocimetry דופלר פוטון upshifted (PDV) לעקוב אחר מהירות ההתרחבות לאורך הצילינדר המאפשר השוואה ישירה להדמיות מחשב, תוך הדמיה מהירות גבוהה משמשת למדידת המתח לכישלון. שברי הגליל התאוששו כפופים גם למיקרוסקופיה אופטית ואלקטרונים כדי לברר את מנגנון הכשל.

איכות הנתונים ראשית תהיה תלויה בעיתוי הניסיוני. אם העיכובים מהדק להשפעה נכונים אז מנורות הבזק תהיה לייצר מספיק אור כאשר גליל היעד מתחיל לעוות, המאפשרות למצלמות המהירות הגבוהה כדי לייצר תמונות ברורות. במקרה זה תמונות מהמצלמה המסגור תצטרך קצה צללית ברור שניתן להשתמש ?...

Watch this Scientific Journal Video about A Method for Studying the Temperature Dependence of Dynamic Fracture and Fragmentation at JoVE.com

A Method for Studying the Temperature Dependence of Dynamic Fracture and Fragmentation

Fracture and fragmentation are late stage phenomena in dynamic loading scenarios and are typically studied using explosives. We present a technique for driving expansion using a gas gun which uniquely enables control of both loading rate and sample temperature.

שיטת לימוד התלות בטמפרטורה של דינמי שבר ופיצול

The dynamic fracture of a body is a late-stage phenomenon typically studied under simplified conditions, in which a sample is deformed under uniform ...

a-method-for-studying-temperature-dependence-dynamic-fracture

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Mechanical Engineering

Physics

Engineering

Unit 1

Concept of Stress

Temperature and Heat

SCIENTISTS IN ACTION

8.5K Views.  Imperial College London. Fracture and fragmentation are late stage phenomena in dynamic loading scenarios and are typically studied using explosives. We present a technique for driving expansion using a gas gun which uniquely enables control of both loading rate and sample temperature.

Video: A Method for Studying the Temperature Dependence of Dynamic Fracture and Fragmentation

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

סינתזה וMicrodiffraction בלחצים וטמפרטורות קיצוניים

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

High-pressure, High-temperature Deformation Experiment Using the New Generation Griggs-type Apparatus

In order to address geological processes at great depths, rock deformation should ideally be tested at high pressure (&#62; 0.5 GPa) and high temperature (&#62; 300 &#176;C). However, because of the low stress resolution of current solid-pressure-medium apparatuses, high-resolution measurements are today restricted to low-pressure deformation experiments in the gas-pressure-medium apparatus. A new generation of solid-medium piston-cylinder (&#34;Griggs-type&#34;) apparatus is here described. Able to perform high-pressure deformation experiments up to 5 GPa and designed to adapt an internal load cell, such a new apparatus offers the potential to establish a technological basis for high-pressure rheology. This paper provides video-based detailed documentation of the procedure (using the &#34;conventional&#34; solid-salt assembly) to perform high-pressure, high-temperature experiments with the newly designed Griggs-type apparatus. A representative result of a Carrara marble sample deformed at 700 &#176;C, 1.5 GPa and 10-5 s-1 with the new press is also given. The related stress-time curve illustrates all steps of a Griggs-type experiment, from increasing pressure and temperature to sample quenching when deformation is stopped. Together with future developments, the critical steps and limitations of the Griggs apparatus are then discussed.

Rock deformation needs to be quantified at high pressure. A description of the procedure to perform deformation experiments in a newly designed solid-medium Griggs-type apparatus is here given. This provides technological basis for future rheological studies at pressures up to 5 GPa.

הניסוי דפורמציה בלחץ גבוה, טמפרטורה גבוהה באמצעות המנגנון גריגס מסוג דור חדש

In order to address geological processes at great depths, rock deformation should ideally be tested at high pressure (&#62; 0.5 GPa) and high temperature ...

Environment

Stress Distribution During Cold Compression of Rocks and Mineral Aggregates Using Synchrotron-based X-Ray Diffraction

We report detailed procedures for performing compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus (D-DIA) coupled with synchrotron X-radiation. A cube-shaped sample assembly is prepared and compressed, at room temperature, by a set of four X-ray transparent sintered diamond anvils and two tungsten carbide anvils, in the lateral and the vertical planes, respectively. All six anvils are housed within a 250-ton hydraulic press and driven inward simultaneously by two wedged guide blocks. A horizontal energy dispersive X-ray beam is projected through and diffracted by the sample assembly. The beam is commonly in the mode of either white or monochromatic X-ray. In the case of white X-ray, the diffracted X-rays are detected by a solid-state detector array that collects the resulting energy dispersive diffraction pattern. In the case of monochromatic X-ray, the diffracted pattern is recorded using a two-dimensional (2-D) detector, such as an imaging plate or a charge-coupled device (CCD) detector. The 2-D diffraction patterns are analyzed to derive lattice spacings. The elastic strains of the sample are derived from the atomic lattice spacing within grains. The stress is then calculated using the predetermined elastic modulus and the elastic strain. Furthermore, the stress distribution in two-dimensions allow for understanding how stress is distributed in different orientations. In addition, a scintillator in the X-ray path yields a visible light image of the sample environment, which allows for the precise measurement of sample length changes during the experiment, yielding a direct measurement of volume strain on the sample. This type of experiment can quantify the stress distribution within geomaterials, which can ultimately shed light on the mechanism responsible for compaction. Such knowledge has the potential to significantly improve our understanding of key processes in rock mechanics, geotechnical engineering, mineral physics, and material science applications where compactive processes are important.

We report detailed procedures for compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus coupled with synchrotron X-radiation. Such experiments allow quantification of the stress distribution within samples, that ultimately sheds light on compaction processes in geomaterials.

התפלגות הלחץ בזמן הדחיסה קר של סלעים אגרגטים מינרלים באמצעות עקיפה רנטגן מבוססות סינכרוטרון

We report detailed procedures for performing compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus (D-DIA) ...

Laser-heating and Radiance Spectrometry for the Study of Nuclear Materials in Conditions Simulating a Nuclear Power Plant Accident

Major and severe accidents have occurred three times in nuclear power plants (NPPs), at Three Mile Island (USA, 1979), Chernobyl (former USSR, 1986) and Fukushima (Japan, 2011). Research on the causes, dynamics, and consequences of these mishaps has been performed in a few laboratories worldwide in the last three decades. Common goals of such research activities are: the prevention of these kinds of accidents, both in existing and potential new nuclear power plants; the minimization of their eventual consequences; and ultimately, a full understanding of the real risks connected with NPPs. At the European Commission Joint Research Centre&#39;s Institute for Transuranium Elements, a laser-heating and fast radiance spectro-pyrometry facility is used for the laboratory simulation, on a small scale, of NPP core meltdown, the most common type of severe accident (SA) that can occur in a nuclear reactor as a consequence of a failure of the cooling system. This simulation tool permits fast and effective high-temperature measurements on real nuclear materials, such as plutonium and minor actinide-containing fission fuel samples. In this respect, and in its capability to produce large amount of data concerning materials under extreme conditions, the current experimental approach is certainly unique. For current and future concepts of NPP, example results are presented on the melting behavior of some different types of nuclear fuels: uranium-plutonium oxides, carbides, and nitrides. Results on the high-temperature interaction of oxide fuels with containment materials are also briefly shown.

We present experiments in which real nuclear fuel, cladding, and containment materials are laser heated to temperatures beyond 3,000 K while their behavior is studied by radiance spectroscopy and thermal analysis. These experiments simulate, on a laboratory scale, the formation of a lava-phase following a nuclear reactor core meltdown.

לייזר-חימום, ספקטרומטר Radiance לחקר חומרים גרעיניים בתנאים הדמיית תאונת הגרעין

Major and severe accidents have occurred three times in nuclear power plants (NPPs), at Three Mile Island (USA, 1979), Chernobyl (former USSR, 1986) and ...

Chemistry

A Uniaxial Compression Experiment with CO2-Bearing Coal Using a Visualized and Constant-Volume Gas-Solid Coupling Test System

Injecting carbon dioxide (CO2) into a deep coal seam is of great significance for reducing the concentration of greenhouse gases in the atmosphere and increasing the recovery of coalbed methane. A visualized and constant-volume gas-solid coupling system is introduced here to investigate the influence of CO2 sorption on the physical and mechanical properties of coal. Being able to keep a constant volume and monitor the sample using a camera, this system offers the potential to improve instrument accuracy and analyze fracture evolution with a fractal geometry method. This paper provides all steps to perform a uniaxial compression experiment with a briquette sample in different CO2 pressures with the gas-solid coupling test system. A briquette, cold-pressed by raw coal and sodium humate cement, is loaded in high-pressure CO2, and its surface is monitored in real-time using a camera. However, the similarity between the briquette and the raw coal still needs improvement, and a flammable gas such as methane (CH4) cannot be injected for the test. The results show that CO2 sorption leads to peak strength and elastic modulus reduction of the briquette, and the fracture evolution of the briquette in a failure state indicates fractal characteristics. The strength, elastic modulus, and fractal dimension are all correlated with CO2 pressure but not with a linear correlation. The visualized and constant-volume gas-solid coupling test system can serve as a platform for experimental research about rock mechanics considering the multifield coupling effect.

A Uniaxial Compression Experiment with CO2-Bearing Coal Using a Visualized and Constant-Volume Gas-Solid Coupling Test System

This protocol demonstrates how to prepare a briquette sample and conduct a uniaxial compression experiment with a briquette in different CO2 pressures using a visualized and constant-volume gas-solid coupling test system. It also aims to investigate changes in terms of coal&#8217;s physical and mechanical properties induced by CO2 adsorption.

הניסוי דחיסה Uniaxial עם שיתוף2-הנושאת פחם באמצעות דמיינו ובאופן קבוע נפח גז-מוצק צימוד מערכת בדיקה

Injecting carbon dioxide (CO2) into a deep coal seam is of great significance for reducing the concentration of greenhouse gases in the atmosphere and ...

Conducting Elevated Temperature Normal and Combined Pressure-Shear Plate Impact Experiments Via a Breech-end Sabot Heater System

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The method enables elevated temperature plate-impact experiments aimed towards probing dynamic behavior of materials under thermomechanical extremes, while mitigating several special experimental challenges faced while performing similar experiments using the conventional plate impact approach. Custom adaptations are made to the breech-end of a single-stage gas-gun at Case Western Reserve University; these adaptations include a precision-machined extension piece made from SAE 4340 steel, which is strategically designed to mate the existing gun-barrel while providing a high tolerance match to the bore and keyway. The extension piece contains a vertical cylindrical heater-well, which houses a heater assembly. A resistive coil heater-head, capable of reaching temperatures of up 1200 &#176;C, is attached to a vertical stem with axial/rotational degrees of freedoms; this enables thin metal specimens held at the front-end of a heat-resistant sabot to be heated uniformly across the diameter to the desired test temperatures. By heating the flyer plate (in this case, the sample) at the breech-end of the gun-barrel instead of at the target-end, several critical experimental challenges can be averted. These include: 1) severe changes in the alignment of the target plate during heating due to the thermal expansion of the several constituents of the target holder assembly; 2) challenges that arise due to the diagnostics elements, (i.e., polymer holographic gratings, and optical probes) being too close to the heated target assembly; 3) challenges that arise for target plates with an optical window, where crucial tolerances between the sample, bond layer, and window become increasingly difficult to maintain at high temperatures; 4) in the case of combined compression-shear plate impact experiments, the need for high-temperature resistant diffraction gratings for the measurement of transverse particle velocity at the free surface of the target; and 5) limitations imposed on the impact velocity necessary for unambiguous interpretation of the measured free surface velocity versus time profile due to thermal softening and possibly yielding of the bounding target plates.By utilizing the adaptations mentioned above, we present results from a series of reverse geometry normal plate impact experiments on commercial purity aluminum at a range of sample temperatures. These experiments show decreasing particle velocities in the impacted state, which are indicative of material softening (decrease in post-yield flow stress) with increasing sample temperatures.

Here, we present a detailed protocol of a new approach for conducting elevated temperature reverse normal plate impact, and combined pressure-and-shear plate impact. The approach involves the use of a breech-end resistive coil heater to heat a sample held at the front-end of a heat-resistant sabot to the desired temperature.

ניצוח גבוהות בטמפרטורה רגילה, בשילוב לחץ-הטיה צלחת ההשפעה ניסויים באמצעות מערכת החימום Sabot עכוז-end

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The ...

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic glasses (MGs). Despite their amorphous nature, the identification of hyperfine interactions unveils faint structural modifications. For this purpose, we have employed two techniques that utilize nuclear resonance among nuclear levels of a stable 57Fe isotope, namely M&#246;ssbauer spectrometry and nuclear forward scattering (NFS) of synchrotron radiation. The effects of heat treatment upon (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 MG are discussed using the results of ex situ and in situ experiments, respectively. As both methods are sensitive to hyperfine interactions, information on structural arrangement as well as on magnetic microstructure is readily available. M&#246;ssbauer spectrometry performed ex situ describes how the structural arrangement and magnetic microstructure appears at room temperature after the annealing under certain conditions (temperature, time), and thus this technique inspects steady states. On the other hand, NFS data are recorded in situ during dynamically changing temperature and NFS examines transient states. The use of both techniques provides complementary information. In general, they can be applied to any suitable system in which it is important to know its steady state but also transient states.

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Here, we present a protocol to describe ex situ and in situ investigations of structural transformations in metallic glasses. We employed nuclear-based analytical methods which inspect hyperfine interactions. We demonstrate the applicability of M&#246;ssbauer spectrometry and nuclear forward scattering of synchrotron radiation during temperature-driven experiments.

שיטות של באתרו לשעבר בחיי עיר חקירות של המרות מבניים: המקרה של התגבשות של משקפיים מתכתי

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic ...

The Role of Fabric in Frictional Properties of Phyllosilicate-Rich Tectonic Faults

Many rock deformation experiments used to characterize the frictional properties of tectonic faults are performed on powdered fault rocks or on bare rock surfaces. These experiments have been fundamental to document the frictional properties of granular mineral phases and provide evidence for crustal faults characterized by high friction. However, they cannot entirely capture the frictional properties of faults rich in phyllosilicates.
Numerous studies of natural faults have documented fluid-assisted reaction softening promoting the replacement of strong minerals with phyllosilicates that are distributed into continuous foliations. To study how these foliated fabrics influence the frictional properties of faults we have: 1) collected foliated phyllosilicate-rich rocks from natural faults; 2) cut the fault rock samples to obtain solid wafers 0.8-1.2 cm thick and 5 cm x 5 cm in area with the foliation parallel to the 5x5cm face of the wafer; 3) performed friction tests on both solid wafers sheared in their in situ geometry and powders, obtained by crushing and sieving and therefore disrupting the foliation of the same samples; 4) recovered the samples for microstructural studies from the post experiment rock samples; and 5) performed microstructural analyses via optical microscopy, scanning and transmission electron microscopy. 
Mechanical data show that the solid samples with well-developed foliation show significantly lower friction in comparison to their powdered equivalents. Micro- and nano-structural studies demonstrate that low friction results from sliding along the foliation surfaces composed of phyllosilicates. When the same rocks are powdered, frictional strength is high, because sliding is accommodated by fracturing, grain rotation, translation and associated dilation. Friction tests indicate that foliated fault rocks may have low friction even when phyllosilicates constitute only a small percentage of the total rock volume, implying that a significant number of crustal faults are weak.

Friction of phyllosilicates-rich faults sheared in their in situ geometry is significantly lower than friction of their powdered equivalents.

תפקיד הבד בתכונות חיכוך של תקלות טקטוניות עשירות בפילוסיליקט

Many rock deformation experiments used to characterize the frictional properties of tectonic faults are performed on powdered fault rocks or on bare rock ...

Full-field Strain Measurements for Microstructurally Small Fatigue Crack Propagation Using Digital Image Correlation Method

A novel measurement approach is used to reveal the cumulative deformation field at a sub-grain level and to study the influence of microstructure on the growth of microstructurally small fatigue cracks. The proposed strain field analysis methodology is based on the use of a unique pattering technique with a characteristic speckle size of approximately 10 &#181;m. The developed methodology is applied to study the small fatigue crack behavior in body centered cubic (bcc) Fe-Cr ferritic stainless steel with a relatively large grain size allowing a high spatial measurement accuracy at the sub-grain level. This methodology allows the measurement of small fatigue crack growth retardation events and associated intermittent shear strain localization zones ahead of the crack tip. In addition, this can be correlated with the grain orientation and size. Thus, the developed methodology can provide a deeper fundamental understanding of the small fatigue crack growth behavior, required for the development of robust theoretical models for the small fatigue crack&#160;propagation in polycrystalline materials.

Microstructurally small fatigue crack growth behavior is investigated using a novel methodological approach combining crack growth rate measurement and strain-field analysis to reveal the cumulative deformation field at sub-grain level.

זן שדה מלא מידות עבור עייפות Microstructurally קטן לפצח את הפצת בשיטת המתאם תמונה דיגיטלי

A novel measurement approach is used to reveal the cumulative deformation field at a sub-grain level and to study the influence of microstructure on the ...

Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests

Y-shaped cutting has recently been shown to be a promising method by which to understand the threshold length scale and failure energy of a material, as well as its failure response in the presence of excess deformation energy. The experimental apparatus used in these studies was vertically oriented and required cumbersome steps to adjust the angle between the Y-shaped legs. The vertical orientation prohibits visualization in standard optical microscopes. This protocol presents a Y-shaped cutting apparatus that mounts horizontally over an existing inverted microscope stage, can be adjusted in three dimensions (X-Y-Z) to fall within the objective&#39;s field of view, and allows easy modification of the angle between the legs. The latter two features are new for this experimental technique. The presented apparatus measures the cutting force within 1 mN accuracy. When testing polydimethylsiloxane (PDMS), the reference material for this technique, a cutting energy of 132.96 J/m2 was measured (32&#176; leg angle, 75 g preload) and found to fall within the error of previous measurements taken with a vertical setup (132.9 J/m2 &#177; 3.4 J/m2). The approach applies to soft synthetic materials, tissues, or bio-membranes and may provide new insights into their behavior during failure. The list of parts, CAD files, and detailed instructions in this work provide a roadmap for the easy implementation of this powerful technique.

Y-shaped cutting measures fracture-relevant length scales and energies in soft materials. Previous apparatuses were designed for benchtop measurements. This protocol describes the fabrication and use of an apparatus that orients the setup horizontally and provides the fine positioning capabilities necessary for in situ viewing, plus failure quantification, via an optical microscope.

ביצוע בדיקות חיתוך בצורת Y המותקנות במיקרוסקופ

Y-shaped cutting has recently been shown to be a promising method by which to understand the threshold length scale and failure energy of a material, as ...