Name: a novel biaxial testing apparatus for the determination of forming limit under hot stamping conditions
Uploaded: 2017-04-04T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 40 s
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This research was supported by the European Union's Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) under grant agreement No. 604240, project title "An industrial system enabling the use of a patented, lab-proven materials processing technology for Low Cost forming of Lightweight structures for transportation industries (LoCoLite)."

1. Preparazione dei campioni <ol><li> Macchina piatto osso di cane e campioni croce da lega di alluminio materiale professionale 6082 (AA6082) usando una taglierina laser e un controllo numerico computerizzato (CNC) fresatrice (per prove di formabilità a diversi percorsi deformazione compreso deformazione uniassiale, aereo, e tendendo equi-biassiale stati). </li><li> Misurare lo spessore di ogni campione cruciformi e ogni esemplare di cane-osso con un calibro a corsoio tre volte nella regione strumentazione centrale e calcolare i valori medi. Assicurarsi che lo spessore della sezione di calibro in un campione cruciforme è 0,7 ± 0,05 mm e che lo spessore del provino monoassiale è di 1,5 ± 0,1 mm. </li><li> Vernice spray l&#39;intera superficie superiore di un esemplare croce utilizzando una vernice spray nera resistente alla fiamma (in grado di resistere a temperature fino a 1.093 ° C). Attendere che la vernice si asciuga e poi spruzzare fiamma resistente, i puntini di vernice bianca da condizioni di mercato per creare uno stocasticospruzzatura pattern di essere riconosciuto dal sistema DIC (vedere l&#39;esempio nella figura 1). </li><li> Saldare un paio di termocoppie al centro della superficie posteriore (quella opposta alla superficie dipinta) del campione. Collegare l&#39;altra estremità della termocoppia al sistema di controllo della temperatura di retroazione della macchina di prova uniassiale per monitorare e controllare la cronologia variazione di temperatura. </li></ol> 2. Montaggio dell&#39;Apparato biassiale Testing <ol><li> Montare tutte le parti della apparecchiatura di prova biassiale, comprendente una piastra di base, un albero centrale, di ingresso e di uscita piastre girevoli, carrelli, un morsetto, rotaie di guida, e bielle rigide (il dispositivo assemblato è mostrato nella Figura 2). <ol><li> Utilizzando una biella, la coppia piastra girevole ingresso direttamente alla ganascia mobile di una resistenza di riscaldamento uniassiale macchina di trazione, che fornisce la forza di trazione monoassiale. Coppia all&#39;ingresso piastra girevole all&#39;albero motore centrale eCoppia questo albero motore centrale alla piastra girevole uscita. </li><li> Assicurarsi che la rotazione della piastra girevole ingresso intorno all&#39;asse di rotazione fa ruotare l&#39;albero motore, facendo così ruotare la piastra girevole uscita a cui è accoppiato attorno all&#39;asse di rotazione. </li><li> Ad un&#39;estremità, coppia ciascuna delle bielle rigide a uno dei punti di connessione sulla piastra girevole uscita. Coppia l&#39;altra estremità a una delle carrozze. NOTA: Questo farà sì che i carrelli con portacampioni di scorrere avanti e indietro lungo le guide a basso attrito, che può applicare una forza biassiale al modello a croce. </li><li> Utilizzando bulloni, serrare ciascun braccio del campione croce di un carrello con un portacampione e una piastra superiore. </li></ol></li><li> Impostare prese nella camera della macchina di prova di trazione monoassiale, come mostrato in figura 3 (a). Collegare quattro cavi di saldatura di ciascuna coppia di morsetti, che sono fatti di acciaio inossidabile e rame, faucibusctively, e quindi collegare i cavi di saldatura per l&#39;alimentazione elettrica. NOTA: l&#39;area del conduttore dei cavi di saldatura è di 50 mm 2 e la valutazione attuale è 345 A. <ol><li> Mettere le manopole e il morsetto dell&#39;apparecchio test biassiale nelle due ganasce della macchina di prova di trazione monoassiale e serrarli all&#39;interno (figura 3 (a)). </li></ol></li><li> Impostare all&#39;apparecchio di prova biassiale nella camera della macchina di prova di trazione monoassiale, come mostrato in figura 3 (b). <ol><li> Utilizzare due telai ed avvitare le viti sulla parte superiore e il lato inferiore della piastra di base per fissare l&#39;apparecchiatura nella camera della macchina di prova di trazione monoassiale. </li><li> Mettere il campione nel supporto del campione sulla parte superiore del dispositivo di prova biassiale. </li><li> Collegare ogni terminale dei cavi di saldatura a ciascuna regione di bloccaggio del provino. </li></ol></li></ol> 3. Installazione del sistema di riscaldamento e Tempra <ol><li> strettamente connect ciascuna regione di bloccaggio del campione alla piastra superiore acciaio inossidabile, che funge da elettrodo per riscaldamento a resistenza. </li><li> Serrare i cavi di saldatura con terminali ad anello crimp alla piastra superiore di ciascuna regione di bloccaggio. </li><li> Connect svasato ugelli con tubi al sistema di raffreddamento ad alta portata con alimentazione aria regolata a 8.000 kg / m 2 di pressione per il raffreddamento. </li><li> Utilizzare quattro ugelli per soffiare aria dalle braccia del campione alla regione centrale del provino. NOTA: Gli ugelli non sono diretti sulla sezione manometro per il raffreddamento per evitare il blocco della zona centrale dalla vista della telecamera. </li></ol> 4. Configurazione del Sistema DIC <ol><li> Collegare la macchina fotografica ad alta velocità del sistema DIC con un micro lente a un computer. Regolare il frame rate della telecamera a 25 fps, 50 fps e 500 fps dal menu di frame rate (per le prove a tassi di deformazione allungamento di 0,01 / s, 0.1 / s e 1 / s, rispettivamente). Impostare le risoluzioni di tutti imaghi a 1.280 × 1.024 pixel. NOTA: I frame rate dipendono dal numero di punti di dati da raccogliere; almeno 200 punti di dati possono essere raccolti utilizzando le impostazioni sopra. </li><li> Utilizzare un riflettore supplementare con una potenza di 300 W per prove a tassi elevati di deformazione. Puntare il riflettore direttamente nella camera della macchina di prova di trazione monoassiale. </li><li> Regolare la lente telecamera in modo che sia parallela alla superficie superiore del campione nella camera e fuoco la telecamera sulla sezione manometro. </li></ol> 5. Programma Sperimentale <ol><li> Eseguire la resistenza di riscaldamento uniassiale macchina di trazione facendo clic sul pulsante di esecuzione triangolare nel software di controllo. NOTA: elettrica passa attraverso il materiale AA6082 e riscalda alla temperatura soluzione di trattamento termico di 535 ° C 14 ad una velocità di riscaldamento di 30 ° C / s. Il materiale viene mantenuto alla temperatura di 535 ° C per 1 minuto, che è sufficiente per la piena risoluzione di precipitati. Air soffia dal sistema di raffreddamento viene utilizzato per spegnere il materiale ad una velocità di raffreddamento di 15 a uno dei 3 elevate temperature di 100 ° C / s designati nella gamma di 370-510 ° C. </li><li> Allungare il campione con l&#39;apparecchio di prova biassiale ad una velocità di deformazione costante nell&#39;intervallo di 0,01-1 / s e registrare la storia deformazione manualmente premendo il pulsante a scatto collegato alla telecamera ad alta velocità. NOTA: Lo spostamento ingresso dalla macchina di prova uniassiale all&#39;apparecchio di prova biassiale era controllata dal software incorporato della macchina di prova uniassiale. </li><li> Eseguire i test in diversi percorsi di deformazione costituiti uniassiale, deformazione piana e stati sforzare biassiali 3 regolando la configurazione dell&#39;apparecchiatura test biassiale. <ol><li> Scollegare due bielle contrapposte per prove uniassiali. Fissare un campione cane-osso sull&#39;apparato di prova biassiale e collegarlo ai cavi di saldatura, come nei passaggi 3.1-3.4. Ripetere i passaggi 5,1-5,2. </li><li> Fissare due carrelli contrapposti alla piastra di base con bulloni per limitare la deformazione della direzione corrispondente per test in stato di deformazione piana. Bloccare una croce esemplare sull&#39;apparato test biassiale e collegarlo ai cavi di saldatura, come nei passaggi 3,1-3,4. Ripetere i passaggi 5,1-5,2. </li></ol></li><li> Ripetere i punti 5.3.1-5.3.2 per ogni condizione di prova tre volte, utilizzando il nuovo dog-ossa e campioni cruciformi. </li></ol> 6. Elaborazione dati <ol><li> Importare tutte le immagini registrate dalla telecamera ad alta velocità nel software di post-elaborazione e seguire fasi standard per l&#39;analisi dei dati secondo il manuale del software. </li><li> Utilizzare lo standard ISO 3 per determinare i limiti che formano facendo clic sul pulsante Modalità FLC nel software. NOTA: Questo metodo è già stato integrato nel software di elaborazione delle immagini di correlazione. </li><li> Contrassegnare ogni risultato dei limiti di formatura a varie temperatures, velocità di deformazione, e deformazione percorsi in un diagramma. </li><li> Tracciare le curve limite di formatura in tutte le condizioni di prova per ottenere una FLD di una lega in condizioni di stampaggio a caldo. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Convenzionali metodi di prova formabilità utilizzati per determinare formare limiti sono generalmente applicabili solo a temperatura ambiente. La tecnica presentata può essere utilizzato per valutare la formabilità di metalli per applicazioni di stampaggio a caldo foglio introducendo un apparecchio di prova biassiale romanzo ad una resistenza di riscaldamento macchina di prova uniassiale. Questo non può essere eseguita con metodi convenzionali per applicazioni di stampaggio a caldo. L&#39;installazione di sistemi di...

L&#39;industria automobilistica sta affrontando una grande sfida globale di riduzione dei consumi e ridurre al minimo l&#39;inquinamento ambientale da emissioni dei veicoli. La riduzione del peso è vantaggioso per migliorare le prestazioni delle automobili e può direttamente ridurre il consumo di energia 1. A causa della bassa formabilità di lamiere a temperatura ambiente, stampa a caldo e processi di tempra stampo freddo (denominato caldo timbratura) 2 sono utilizzati per migliorare la formabilità di leghe e quindi di ottenere componenti di forma complessa in applicazioni automobilistiche. Un diagramma limite di formatura (FLD) è uno strumento utile per valutare la formabilità di una lega 3. Out-of-plane test, come il test Nakazima 4, 5, e nel piano test, come il Marciniak prova 6, 7, 8, unre convenzionali metodi sperimentali per ottenere i Flds di lamiere in varie condizioni 9, 10, 11. Una macchina di prova biassiale servo-idraulico è stato anche utilizzato per studiare la formabilità di leghe a temperatura ambiente 12, 13. Tuttavia, nessuno dei metodi di cui sopra sono applicabili ai test di formabilità in condizioni di stampaggio a caldo, poiché un processo di raffreddamento prima di formare è richiesto con controllo delle velocità di riscaldamento e raffreddamento. La temperatura di deformazione e velocità di deformazione sono difficili da ottenere con precisione. Pertanto, un nuovo sistema di prova formabilità è proposta in questo studio per determinare sperimentalmente i limiti di formatura di lamiere in condizioni di stampaggio a caldo.

<table><tbody><tr><td>Aluminium Alloy&amp;nbsp;</td><td>Smiths Metal</td><td>6082</td><td>Specimens machining</td></tr><tr><td>Laser cutter</td><td>LVD Ltd</td><td>HELIUS 25/13</td><td>Laser cutting specimens</td></tr><tr><td>CNC machine</td><td>HAAS Automation</td><td>TM-2CE</td><td>Machine specimens by milling</td></tr><tr><td>Vernier caliper</td><td>Mitutoyo</td><td>575-481</td><td>Thickness measurement</td></tr><tr><td>Resistance heating uniaxial testing machine</td><td>Dynamic System Inc</td><td>Gleeble 3800</td><td>Thermo-mechanical materials simulator</td></tr><tr><td>High flow quench system</td><td>Dynamic System Inc</td><td>38510</td><td>For air cooling</td></tr><tr><td>Thermocouples</td><td>Dynamic System Inc</td><td>K type</td><td></td></tr><tr><td>Nozzles</td><td>Indexa</td><td></td><td>Nozzle flared 1/4 inch bore</td></tr><tr><td>Welding cables</td><td>LAPP Group</td><td>H01N2-D</td><td></td></tr><tr><td>High-speed camera</td><td>Photron</td><td>UX50</td><td>For DIC testing</td></tr><tr><td>Camera lens</td><td>Nikon</td><td>Micro 200mm</td><td></td></tr><tr><td>Lamp</td><td>Liliput</td><td>150ce</td><td>300 W</td></tr><tr><td>Laptop</td><td>HP</td><td>Campaq 2530p</td><td>For images recording</td></tr><tr><td>Biaxial testing apparatus</td><td>Manufactured independently</td><td></td><td>All parts were designed and machinced by authors for biaxial testing</td></tr><tr><td>Steel&amp;nbsp;</td><td>West Yorkshire Steel</td><td>H13</td><td>Mateials of the biaxial testing apparatus</td></tr><tr><td>Image correlation processing software</td><td>GOM</td><td>ARAMIS</td><td>Non-contact measuring system and data post-pocessing</td></tr></tbody></table>

a novel biaxial testing apparatus for the determination of forming limit under hot stamping conditions

La stampa a caldo e processo di tempra stampo freddo è sempre più utilizzati per formare complessi componenti strutturali sagomati di lamiere. approcci sperimentali convenzionali come out-of-plane e nel piano test, non sono applicabili alla determinazione di formare limiti in riscaldamento e raffreddamento rapido processi vengono introdotti prima di formare per le prove eseguite in condizioni di stampaggio a caldo. Un sistema di test biassiale romanzo in piano è stato progettato e utilizzato per la determinazione di formare limiti di lamiere a vari percorsi di deformazione, la temperatura e velocità di deformazione dopo il riscaldamento e il raffreddamento processi in una resistenza di riscaldamento macchina di prova uniassiale. La parte principale del sistema di prova biassiale è un apparecchio biassiale, che trasferisce una forza uniassiale fornita dalla macchina di prova uniassiale a una forza biassiale. Un tipo di campione cruciforme stato progettato e verificato per la prova formabilità di lega di alluminio 6082 utilizzando il sistema di prova biassiale proposto. L&#39;im digitaleSistema età correlazione (DIC) con una telecamera ad alta velocità è stata utilizzata per misurazioni di deformazione di un campione durante una deformazione. Al fine di proporre questo sistema di prova biassiale è consentire i limiti di formatura di una lega da determinare a diverse temperature e velocità di deformazione in condizioni di stampaggio a caldo.

Poiché Flds sono ceppo altamente dipendente dal percorso, la linearità del percorso di deformazione per ciascuna condizione di prova è stata verificata analizzando i risultati DIC; i percorsi di deformazione sono proporzionali tutta deformazione per ogni condizione di test. L&#39;intervallo del rapporto sforzo minore a maggiore è di circa -0.37 (condizione uniassiale) a 0,26 (condizioni quasi biassiale). Elaborando i dati per le diverse condizioni di AA6082, formando dati limite per ...

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A Novel Biaxial Testing Apparatus for the Determination of Forming Limit under Hot Stamping Conditions

Questo protocollo propone un sistema di prova biassiale romanzo utilizzato su una resistenza di riscaldamento uniassiale macchina di trazione per determinare lo schema di deformazione (FLD) di lamiere in condizioni di stampaggio a caldo.

Una nuova apparecchiatura biassiale test per la determinazione del limite di formatura in stampa a caldo Condizioni

The hot stamping and cold die quenching process is increasingly used to form complex shaped structural components of sheet metals. Conventional ...

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7.5K Views.  Imperial College London.  Questo protocollo propone un sistema di prova biassiale romanzo utilizzato su una resistenza di riscaldamento uniassiale macchina di trazione per determinare lo schema di deformazione (FLD) di lamiere in condizioni di stampaggio a caldo. 

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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.

Esperimento di deformazione ad alta pressione, alta temperatura utilizzando l'apparato di Griggs-tipo di nuova generazione

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 ...

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Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor compression based cooling process. Nickel-Titanium (Ni-Ti) based alloy systems, especially, show large elastocaloric effects. Furthermore, exhibit large latent heats which is a necessary material property for the development of an efficient solid-state based cooling process. A scientific test rig has been designed to investigate these processes and the elastocaloric effects in SMAs. The realized test rig enables independent control of an SMA&#39;s mechanical loading and unloading cycles, as well as conductive heat transfer between SMA cooling elements and a heat source/sink. The test rig is equipped with a comprehensive monitoring system capable of synchronized measurements of mechanical and thermal parameters. In addition to determining the process-dependent mechanical work, the system also enables measurement of thermal caloric aspects of the elastocaloric cooling effect through use of a high-performance infrared camera. This combination is of particular interest, because it allows illustrations of localization and rate effects &#8212; both important for efficient heat transfer from the medium to be cooled.
The work presented describes an experimental method to identify elastocaloric material properties in different materials and sample geometries. Furthermore, the test rig is used to investigate different cooling process variations. The introduced analysis methods enable a differentiated consideration of material, process and related boundary condition influences on the process efficiency. The comparison of the experimental data with the simulation results (of a thermomechanically coupled finite element model) allows for better understanding of the underlying physics of the elastocaloric effect. In addition, the experimental results, as well as the findings based on the simulation results, are used to improve the material properties.

Experimental methods for investigation of solid state cooling processes and characterization of elastocaloric material properties of Shape Memory Alloys (SMA) are presented. A custom-built test rig has been designed for controlling and comprehensive monitoring of elastocaloric cooling processes. Furthermore, it provides a validation platform for thermomechanically coupled modeling approaches.

Metodi sperimentali per le indagini di memoria di forma a base processi di raffreddamento Elastocaloric e validazione del modello

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

Ingegneria

Knowledge Based Cloud FE Simulation of Sheet Metal Forming Processes

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the efficiency and lowering the development time of such processes, whilst reducing costs involved in trial-and-error prototyping. Recent focus on the substitution of steel components with aluminum alloy alternatives in the automotive and aerospace sectors has increased the need to simulate the forming behavior of such alloys for ever more complex component geometries. However these alloys, and in particular their high strength variants, exhibit limited formability at room temperature, and high temperature manufacturing technologies have been developed to form them. Consequently, advanced constitutive models are required to reflect the associated temperature and strain rate effects. Simulating such behavior is computationally very expensive using conventional FE simulation techniques.
This paper presents a novel Knowledge Based Cloud FE (KBC-FE) simulation technique that combines advanced material and friction models with conventional FE simulations in an efficient manner thus enhancing the capability of commercial simulation software packages. The application of these methods is demonstrated through two example case studies, namely: the prediction of a material's forming limit under hot stamping conditions, and the tool life prediction under multi-cycle loading conditions.

The following paper presents a novel FE simulation technique (KBC-FE), which reduces computational cost by performing simulations on a cloud computing environment, through the application of individual modules. Moreover, it establishes a seamless collaborative network between world leading scientists, enabling the integration of cutting edge knowledge modules into FE simulations.

La conoscenza basate su cloud FE Simulazione di stampaggio della lamiera Processi

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the ...

Experimental Procedure for Warm Spinning of Cast Aluminum Components

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to improve material properties. With a wide array of processing parameters which can affect both the shape attained and resulting material properties, this type of processing is notoriously difficult to commission. A simplified, light-duty version of the process has been designed and implemented for full-size automotive wheels. The apparatus is intended to assist in understanding the deformation mechanisms and the material response to this type of processing. An experimental protocol has been developed to prepare for, and subsequently perform forming trials and is described for as-cast A356 wheel blanks. The thermal profile attained, along with instrumentation details are provided. Similitude with full-scale forming operations which impart significantly more deformation at faster rates is discussed.

An experimental protocol for instrumented warm rotary forming of cast aluminum alloys employing a bespoke industrially scaled apparatus is presented. Experimental considerations including thermal and mechanical effects are discussed, as well as similitude with full-scale processing of automotive wheels.

Procedura sperimentale per filatura caldo dei componenti in alluminio pressofuso

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to ...

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on exposing the specimen to longitudinal vibrations on its resonance frequency close to 20 kHz. With use of this method, it is possible to significantly decrease the time required for the test, when compared to conventional testing devices usually working at frequencies under 200 Hz. It is also used to simulate loading of material during operation in high speed conditions, such as those experienced by components of jet engines or car turbo pumps. It is necessary to operate only in the high and ultra-high cycle region, due to the possibility of extremely high deformation rates, which can have a significant influence on the test results. Specimen shape and dimensions have to be carefully selected and calculated to fulfill the resonance condition of the ultrasonic system; thus, it is not possible to test the full components or specimens of arbitrary shape. Before each test, it is necessary to harmonize the specimen with the frequency of the ultrasonic system to compensate for deviations of the real shape from the ideal one. It is not possible to run a test until a total fracture of the specimen, since the test is automatically terminated after initiation and propagation of the crack to a certain length, when the stiffness of the system changes enough to shift the system out of the resonance frequency. This manuscript describes the process of evaluation of materials' fatigue properties at high-frequency ultrasonic fatigue loading with use of mechanical resonance at a frequency close to 20 kHz. The protocol includes a detailed description of all steps required for a correct test, including specimen design, stress calculation, harmonizing with the resonance frequency, performing the test, and final static fracture.

A protocol for ultrasonic fatigue testing in the high and ultra-high cycle region in axial tension-compression loading mode.

Prova in modalità trazione-compressione ad ultrasuoni di fatica

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...

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.

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

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 ...

Application of Design Aspects in Uniaxial Loading Machine Development

In terms of accurate and precise mechanical testing, machines run the continuum. Whereas commercial platforms offer excellent accuracy, they can be cost-prohibitive, often priced in the $100,000 - $200,000 price range. At the other extreme are stand-alone manual devices that often lack repeatability and accuracy (e.g., a manual crank device). However, if a single use is indicated, it is over-engineering to design and machine something overly elaborate. Nonetheless, there are occasions where machines are designed and built in-house to accomplish a motion not attainable with the existing machines in the laboratory. Described in detail here is one such device. It is a loading platform that enables pure uniaxial loading. Standard loading machines typically are biaxial in that linear loading occurs along the axis and rotary loading occurs about the axis. During testing with these machines, a load is applied to one end of the specimen while the other end remains fixed. These systems are not capable of conducting pure axial testing in which tension/compression is applied equally to the specimen ends. The platform developed in this paper enables the equal and opposite loading of specimens. While it can be used for compression, here the focus is on its use in pure tensile loading. The device incorporates commercial load cells and actuators (movers) and, as is the case with machines built in-house, a frame is machined to hold the commercial parts and fixtures for testing.

Here we present a protocol to develop a pure uniaxial loading machine. Critical design aspects are employed to ensure accurate and reproducible testing results.

Applicazione degli aspetti di progettazione nello sviluppo della macchina di carico uniassiale

In terms of accurate and precise mechanical testing, machines run the continuum. Whereas commercial platforms offer excellent accuracy, they can be ...

Biaxial Mechanical Characterizations of Atrioventricular Heart Valves

Extensive biaxial mechanical testing of the atrioventricular heart valve leaflets can be utilized to derive&#160;optimal parameters used in constitutive models, which provide a mathematical representation of the mechanical function of those structures. This presented biaxial mechanical testing protocol involves (i) tissue acquisition, (ii) the preparation of tissue specimens, (iii) biaxial mechanical testing, and (iv) postprocessing of the acquired data. First, tissue acquisition requires obtaining porcine or ovine hearts from a local Food and Drug Administration-approved abattoir for later dissection to retrieve the valve leaflets. Second, tissue preparation requires using tissue specimen cutters on the leaflet tissue to extract a clear zone for testing. Third, biaxial mechanical testing of the leaflet specimen requires the use of a commercial biaxial mechanical tester, which consists of force-controlled, displacement-controlled, and stress-relaxation testing protocols to characterize the leaflet tissue&#39;s mechanical properties. Finally, post-processing requires the use of data image correlation techniques and force and displacement readings to summarize the tissue&#39;s mechanical behaviors in response to external loading. In general, results from biaxial testing demonstrate that the leaflet tissues yield a nonlinear, anisotropic mechanical response. The presented biaxial testing procedure is advantageous to other methods since the method presented here allows for a more comprehensive characterization of the valve leaflet tissue under one unified testing scheme, as opposed to separate testing protocols on different tissue specimens. The proposed testing method has its limitations in that shear stress is potentially present in the tissue sample. However, any potential shear is presumed negligible.

This protocol involves characterizations of atrioventricular valve leaflets with force-controlled, displacement-controlled, and stress-relaxation biaxial mechanical testing procedures. Results acquired with this protocol can be used for constitutive model development to simulate the mechanical behavior of functioning valves under a finite element simulation framework.

Caratterizzazioni biassiale meccaniche delle valvole atrioventricolari cuore

Extensive biaxial mechanical testing of the atrioventricular heart valve leaflets can be utilized to derive&#160;optimal parameters used in constitutive ...

Bioingegneria

Layer Microdissection of Tricuspid Valve Leaflets for Biaxial Mechanical Characterization and Microstructural Quantification

The tricuspid valve (TV) regulates the unidirectional flow of unoxygenated blood from the right atrium to the right ventricle. The TV consists of three leaflets, each with unique mechanical behaviors. These variations among the three TV leaflets can be further understood by examining their four anatomical layers, which are the atrialis (A), spongiosa (S), fibrosa (F), and ventricularis (V). While these layers are present in all three TV leaflets, there are differences in their thicknesses and microstructural constituents that further influence their respective mechanical behaviors. 
This protocol includes four steps to elucidate the layer-specific differences: (i) characterize the mechanical and collagen fiber architectural behaviors of the intact TV leaflet, (ii) separate the composite layers (A/S and F/V) of the TV leaflet, (iii) carry out the same characterizations for the composite layers, and (iv) perform post-hoc histology assessment. This experimental framework uniquely allows the direct comparison of the intact TV tissue to each of its composite layers. As a result, detailed information regarding the microstructure and biomechanical function of the TV leaflets can be collected with this protocol. Such information can potentially be used to develop TV computational models that seek to provide guidance for the clinical treatment of TV disease.

This protocol describes the biaxial mechanical characterization, polarized spatial frequency domain imaging-based collagen quantification, and microdissection of tricuspid valve leaflets. The provided method elucidates how the leaflet layers contribute to the holistic leaflet behaviors.

Microdissezione a strati di foglietti valvolari tricuspidi per caratterizzazione meccanica biassiale e quantificazione microstrutturale

The tricuspid valve (TV) regulates the unidirectional flow of unoxygenated blood from the right atrium to the right ventricle. The TV consists of three ...

Stress-Strain Characteristics of Steels

Source:&#160;Roberto Leon, Department of Civil and Environmental Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA
The importance of materials to human development is clearly captured by the early classifications of world history into periods such as the Stone Age, Iron Age, and the Bronze Age. The introduction of the Siemens and Bessemer processes to produce steels in the mid-1800s is arguably the single most important development in launching the Industrial Revolution that transformed much of Europe and the USA in the second half of the 19th century from agrarian societies into the urban and mechanized societies of today. Steel, in its almost infinite variations, is all around us, from our kitchen appliances to cars, to lifelines such as electrical transmission networks and water distribution systems. In this experiment we will look at the stress-strain behavior of two types of steel that bound the range usually seen in civil engineering applications - from a very mild, hot rolled steel to a hard, cold rolled one.