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

1.ターゲットの作製とアセンブリ<ol><li>固体ストックから所望の寸法に機械対象気筒。 </li><li>加工痕を除去することにより、円筒面を準備します。均一な拡散面がPDV反射好ましいです。良好な結果が&gt; 1200グリットの光水研で得られています。 </li><li>次の測定、 すなわち 、標的成分を特徴付けます： （複数の場所で）シリンダー長さ、直径および壁の厚さ 発射体の長さ、直径 オジーブ長さ、直径 上記のすべての質量</li><li>シリンダ取付リングとPDVアームを組み立てます。 </li><li>キネマティックマウントおよびPDVアーム上にPDVプローブをマウントします。 </li><li>オジーブの後部がシリンダの背面と面一になるように目標シリンダにオジーブを挿入し（これはフラットなワークショップで行われるべきです）。剥離AW」にシリンダーを可能にしながら、3本のM3ネジを所定の位置にオジーブを保持するように設計されています拡張時AY」。 </li><li>シリンダーの入り口が取り付けリングのリーディング面と面一になるように取り付け金具で目標シリンダを配置します。 6 M4の止めねじで所定の位置にシリンダーを固定します。 </li><li>シリンダ外壁の長さに沿って加熱/冷却装置と結合熱電対を取り付けます。 </li><li>ファイバークリーニングクロスとPDVプローブファイバの端にFC / APC（フェルールコネクタ、角度の付いた物理的な接触）コネクタを清掃し、ファイバースコープで確認してください。これは、後方反射を低減することが重要です。 </li><li>彼らは（ すなわち 、反射光がプローブ上にフォールバック）は、シリンダに正常であるように見える（660 nm）のクラス3Rのレーザーを使用すると、ほぼプローブの位置を合わせます。 </li><li>サーキュレータを使用して、基本的な反射回路を組み立てます。入力1のクラス1 1,550 nmレーザー、PDVプローブは、入力3に入力2とパワーメータに接続し、返された電力が最大となるように順番にPDVプローブの位置を合わせます。 </li></ol><ol><li>バレルプラグと深さマイクロメーターを用いて、衝撃傾きを最小化するために、バレルの最後にターゲットリングを合わせます。 </li><li>フラグメント緩和システムとドア保護をインストールします。 </li><li>バレル内のターゲットアライメントプラグを配置します。 </li><li>ターゲットアセンブリをインストールし、プラグに合わせます。 </li><li>バレルの端にトリガメイクのペアをインストールし、タイミングハードウェアおよび診断に接続します。オジーブに発射の影響をトリガーとの接触からの距離を測定します。 </li><li>高速撮影用の反射鏡を取り付けます。 </li><li>目標タンクポートを介してシリンダの直交ビューを提供し、所定の位置にロックするために、ミラーの位置を合わせます。 </li><li>ターゲットタンク外に高速カメラとフラッシュランプの位置を合わせます。バレルを見下ろすと、シリンダに比べて3時位置に高速度カメラと一つのフラッシュランプを配置します。 9時位置にIVVカメラを配置し、12時位置に別のフラッシュランプ。この構成では、高速度カメラはフロントライト亀裂追跡のためになり、IVVは、エッジ検出のためのシルエット画像を提供します。 </li><li>ターゲットとする加熱/冷却装置や真空フィードスルーを接続します。 </li><li>注意：適切なアイウェアやその他の注意事項では、クラスIVレーザー、オシロスコープやPDVシステムの電源をオンにします。 </li><li>チェック電力レベルは、PDVプローブに送信されます。 PDVシステムでは、一般的に参照するためのチャネルあたり1ミリワットで各プローブに約5ミリワットを使用しています。 </li><li>パワー·メータとPDVプローブの配置を確認してください。 PDVプローブは円筒面上に見ている場所を測定することは、アライメント用IRカードで一度満足しています。 </li><li>基準レーザをオンにして、各プローブによって与えられたビート信号の品質を確認してください。 （5 GHzの周りにこれを設定）は、所望のゼロ速度のビート周波数を設定するために、レーザ（複数可）の波長を調整します。 </li><li>ターゲットアリで一度に満足gnment、トリガ位置、カメラとミラーの位置合わせ、PDVプローブのアライメントおよび位置と緩和フレームが目標タンクを閉じます。 </li><li>アライメントプラグを外します。発射をインストールしてください。 </li><li>セットアップは、カメラと照明（フレームレート、露光、タイミング）とテスト撮影を行います。典型的なフレームレートは、約0.5マイクロ秒の露出で、25万フレーム/両方のカメラのために秒です。最初の画像は、通常、インパクトの瞬間と一致するようにタイミングを合わせています。 </li></ol> 3.発射準備<ol><li>必要な燃焼圧力にも適用可能である逆子ダイアフラムをインストールします。 </li><li>逆子を閉じて、ターゲットタンクの排出を開始します。 50ミリトールの領域における真空レベルを目指します。 </li><li>すべての診断（オシロスコープの遅延、トリガー、カメラ設定など ）の最終的なセットアップを実行します。目盛り当たり50マイクロ秒、ポイントごとに25ピコ秒と500マイクロ秒のウィンドウを与えるために、20％のプレトリガでPDVの設定オシロスコープ。 Oトリガゼロ時間が衝撃の時刻と一致するようにscilloscopesやカメラ。 </li><li>最終トリガー試験;チェックタイミングが正確です。 </li><li>レーザーをオンにします。アームカメラ。 </li><li>閉じる部屋;レーザーと高圧インターロックを確保することが正しい位置にあります。 </li><li> LabVIEWソフトウェアを使用して、必要に応じて加熱/冷却を開始します。 </li><li>必要な燃焼圧力に銃を充電してください。 </li><li>圧力で、最終的なチェックを行うと、すべての診断システムが武装していること。 </li><li>加熱または冷却装置を分離します。 </li><li>カウントダウン &quot;3、2、1 FIRE」。 </li><li>ターゲットとキャプチャタンクベント。 </li><li>すべてのオシロスコープとカメラのデータを保存します。 </li></ol> 4.ポストショット<ol><li>レーザーをシャットダウンし、完全な雰囲気で均等化するために銃を待ちます。 </li><li> 、ターゲットタンクを開き、すべての金属片を収集したTi-6AL-4Vを整理。 </li></ol> 5.データ解析<ol><li> PDV OS上STFT解析を行いますcilloscopeデータはアオとドーラン12の解析ごとに速度履歴を低減することができます。 </li><li>機器の表に記載のようなソフトウェアで処理の高速撮像データ。ハイスピー​​ドカメラの映像は、故障時間とひずみを提供し、亀裂の形成と成長の分析を可能にします。 IVVのシルエット画像は、シリンダーの完全変形プロファイルを調べるために明確なエッジを提供します。 </li><li>回収された断片を測定し、比較検討します。このような逮捕骨折などの興味深い機能を有する断片を選択し、顕微鏡検査のためにそれらを準備します。 <ol><li>セクションでは、マウント、およびフラグメントを磨きます。その後、電子顕微鏡で分析します。電子後方散乱回折は、破断面を調査し、故障モードを識別するために、二次電子像と一緒にテクスチャ及び微細構造に関する情報を提供します。 </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.

このメソッドは、このデザインに特有の、〜千Kの極低温から、広い温度範囲にわたって引張荷重率の高さにある資料の調査を可能にします。しかし、これは実験と実行に特定の課題が追加されます。まず、オジーブインサートが適切な材料から機械加工される必要がある温度制御を最適化します。任意の高温高硬度鋼は十分ですが、4340鋼は、ここで使用されます。全体の拡張ドライブがポ?...

材料の動的な障害は、その全体的な機械的挙動の重要な側面であり、少数を示すために、自動車、航空宇宙、および軍事を含む多数の産業との関連性を持っています。低い歪み率で故障は、典型的には、細長いサンプルが両端からの張力にロードされ、高歪み速度で、このような幾何学的形状/構成を維持するために非常に小さくなるようにサンプルを必要とする、従来の引張試験により検討されているが試験全体を通して擬似機械平衡。単一亀裂の外観では、周囲の材料を効果的に隣接する故障部位の進行を止めること、緩和されます。これは同時に、いずれかの実験で観察することができる骨折の数を制限し、そして決定されるべき障害の統計に関する重要な情報を防ぎます。 拡大シリンダテストは、マテリア方法を特徴付けるための十分に確立された技術でありますLSは、高速負荷の下で失敗し、フラグメント。試験では、関心のある材料からなる円筒を均一に壁を通して応力波を起動し、拡大するシリンダーを引き起こし、その内周に沿ってロードされます。すぐにこのラジアル波が散逸すると周囲に均一な引張フープ応力が支配的。応力とひずみ率と破壊と断片化挙動は、材料の性質のみによって支配されたシリンダの周りに同じです。典型的には、大きなサンプル周囲が均一な応力1で複数の故障部位の開始を促進するような試験は、上記の問題を軽減します。 この実験的な手法を開発する際の主な目的は、拡大し、シリンダの破​​壊と断片化挙動の温度の役割の研究を可能にすることでした。試料温度の制御はどのように動的引張強度、破壊機構、およびfragmの調査を可能にします材料のentationの動作が影響を受けます。金属の例では、温度の上昇は、最終的に失敗する前に、より多くの塑性加工を収容し、延性破壊の脆性からのシフトを引き起こす可能性があります。例えばTi-6AL-4Vのようないくつかの材料はまた、断熱せん断局在2を示すことができます。試料が変形しながら、プラスチック作業が発熱します。この温度上昇の結果としての軟化率が変形から加工硬化率よりも大きい場合には塑性変形の大きな量が非常に局所的なバンド（断熱せん断帯）で生じる場合、不安定に形成することができます。この応答は、その熱伝導率が低いとのTi-6AL-4Vに促進され、潜在的にこのような軽量装甲などのアプリケーションにその有効性を制限することができます。 この新しいテスト手法は、主に2つの基準を満たさなければなりません。第一に、この方法は、10 4秒-1、典型的には弾道に見られる程度でラジアル歪率を生成しなければならないと衝撃事象は、より伝統的なローディング方式を採用する以前の研究との比較を可能にします。次に、駆動機構は、実験間の一貫性を保証するために、試料温度の影響を受けないことが必要です。最初のシリンダー膨張機構は、どちらかだけで直接サンプルシリンダー3-5を充填又は中間ドライバを使用して、爆薬を使用していました。後者の場合、バッファは、サンプルが順番に炸薬を含んでいるスチールシリンダーの上に配置された6、使用されています。明らかな制限は、サンプルシリンダーが含まれているように、シリンダを加熱する（爆発の形で）ドライブ材料は、電荷を加熱することです。これは直接充電の開始を引き起こさないかもしれないが、爆発性の多くの種類がサンプルシリンダーから溶融したポリマーバインダー材料を含んでいます。冷却されると同様に、いくつかの爆発物は非常に敏感になります。これは爆発ドライブは、温度試験には適していないことを意味します。代替案この方法は、拡張のためにローレンツ力を使用する-サンプルは、ドライバコイル7,8の上に配置される高電流は、サンプル中の反対の電流を誘導する、この駆動コイル（通常は太い銅線）に注入されます。これらの対向する電流は、磁気圧力は、内面から外側サンプルを駆動する、互いに作用する磁界が関連付けられています。ここでも、材料を加熱すると、悪影響サンプル内の銅駆動コイルに影響します。ガス銃は1970年代後半9は 、シリンダの拡張のために使用されています。これらの実験では、シリンダに挿入するために使用される材料は、ドライブが衝撃で変形発射体インサートの両方の結果として、今後、ポリマーです。この挿入は、典型的には、ゴム又はプラスチック10、深刻な温度に影響されるの強度と延性です。加熱は、インサートが柔らかすぎるようになり、冷却は、それが途中で失敗したので、それは脆いように動作になります。 <p c前シリンダ拡張技術とは異なり少女= &quot;jove_contentは&quot;&gt;、ここで説明する方法は、温度（100〜1000 K）の広い範囲にわたって反復ローディングドライブを提供する最初のものです。我々の技術は、（我々の場合で発射）に拡張を駆動するために使用される材料は、衝撃点までのシリンダから独立しているという事実で独特です。これにより、サンプルシリンダーの初期温度に影響されないと再現負荷を提供します。 実験的形状は円筒の長さに沿って約半分の位置先端で、目標シリンダの内部に取り付けられオジーブ鋼で構成されています。単段軽ガス銃はその後千メートル/秒までの速度でシリンダー内に凹面を有するポリカーボネート発射を起動するために使用されている-1。ターゲットの軸がシリンダーを注意深く再現性と均一な負荷を容易にするために、ガス銃筒の軸に整列されています。 POの影響とその後の流れ擬似硬質スチールオジーブ周りlycarbonate発射は、内壁からの展開に、シリンダを駆動します。オジーブインサートと発射体の凹面の形状は慎重シリンダの所望の拡大を生成するために、ハイドロコードの計算機シミュレーションを用いて最適化しました。オジーブための4340合金鋼を使用することで、その強さは、目的の温度範囲にわたってポリカーボネート発射体よりもはるかに高くなるように、駆動機構を確実にする一貫性のあるままである温度でシリンダーに実験を可能にします。加熱と冷却の実験から回収Ogivesのみ影響の結果として、最小限の変形を示します。 サンプルシリンダーの加熱および冷却は、オジーブインサートの背面の凹部内に機械加工された温度制御ハードウェアをインストールすることによって達成されます。低温（約100 K）にサンプルを冷却するため、オジーブの凹部は、アルミニウムキャップで密封し、液体窒素がfであります空洞を通ってlowed。対象気筒としては、試料が伝導によって冷却されるオジーブとの大きな接触面積を有しています。千Kに近い温度に目標シリンダを加熱するために、セラミックやニクロム抵抗ヒータはオジーブ凹部内に配置されています。高電流電源はオジーブとシリンダーを加熱し、1キロワットまで提供しています。シリンダとオジーブが熱ターゲットから隔離されているがMACORセラミックスペーサーを使用することにより、単一の段ガス郡にマウントします。タンクは、熱操作を助ける実験中に適度な真空（&lt;0.5トル）下に保持されています。 シリンダのフラグメンテーションプロセスを診断するために、実験計画は、シリンダに沿った点における拡張速度を測定するために、周波数変換PDVの複数のチャネルを含みます。 PDVは非常にダイナミックな事象の間の表面速度の測定を可能にする比較的新しい11、光ファイバベースの干渉技術であります。 PDVの測定中、ドップラー光は、光ファイバプローブを用いて目的の可動表面から反射シフトは、移動表面の速度に正比例するビート周波数を生成する、非シフト光と組み合わされます。基本的に、PDVシステムはGHzの範囲内のレコードのビート周波数に近赤外（1,550 nm）の通信技術の進歩を使用して、高速マイケルソン干渉計です。現在の研究で使用さ100ミリメートルの焦点距離PDVプローブの取り付けシステムは、それらがシリンダの温度から隔離されていることを確実にかつ容易に位置合わせを提供します。 100ミリメートルの焦点距離プローブを使用することのさらなる利点は、それらが全体の気筒の膨張特性を測定するために、高速撮影を可能にするのに十分な光アクセスを提供することです。シリンダに沿って配置し、4つのプローブの位置、ADは、 図1に示されている二つの高速カメラはここで使用されます。高速ビデオカメラファントムV16.10 250,000 FPSとIVV UHSi 12/24フレーミングカメラで動作する24画像を取り込みます。 IVVカメラは、シリンダを正確に追跡する円筒の半径方向に拡大エッジを可能にシルエットで照明されるようなバックライト付き。ファントムカメラが故障開始と断片化のプロセスを画像化照らさフロントです。高速度撮影が次にサンプル全体に沿って歪み及び歪み速度を与える速度測定と相関させることができます。高速イメージングは​​また、障害の歪みや表面に沿って破壊パターンの正確な測定を可能にします。 以下のプロトコルのセクションで提示実験技術は、異なる破壊機構が活性化または抑制することができるを通じて拡大筒実験における試料温度を制御する手段を提供します。この技術は、動的ロード·シナリオ内の温度の役割をより包括的に理解することにつながります。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1154">
	<tbody>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:268px;">Item</td>
			<td style="width:235px;">Company / Manufacturer</td>
			<td style="width:344px;">Part Number</td>
			<td style="width:307px;">Comments / Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">1550 nm CW Laser</td>
			<td style="width:235px;">NKT Photonics</td>
			<td style="width:344px;">Koheras Adjustik</td>
			<td style="width:307px;">x 2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">1550 nm Power Amplifier</td>
			<td style="width:235px;">NKT Photonics</td>
			<td style="width:344px;">Koheras Boostik HPA</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="42" rowspan="2" style="height:42px;width:268px;">Delay Generators</td>
			<td style="width:235px;">Quantum Composers</td>
			<td style="width:344px;">9500+ Digital Delay Pulse Generator</td>
			<td style="width:307px;">8 output version</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Stanford Research Systems</td>
			<td style="width:344px;">DG535 Digital Delay Generator</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">16 Channel Digitiser</td>
			<td style="width:235px;">Agilent Technologies</td>
			<td style="width:344px;">U1056B Chassis + 4 X U1063A Digitiser</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="42" rowspan="2" style="height:42px;width:268px;">High Bandwidth Oscilloscopes</td>
			<td style="width:235px;">Teledyne LeCroy</td>
			<td style="width:344px;">WaveMaster 816Zi-A</td>
			<td style="width:307px;">Expansion Velocity, Gen 3 PDV</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Tektronix</td>
			<td style="width:344px;">DPO71604C</td>
			<td style="width:307px;">Projectile Velocity, Gen 1 PDV</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="84" rowspan="4" style="height:84px;width:268px;">High Speed Imaging Systems</td>
			<td style="width:235px;">Vision Research</td>
			<td style="width:344px;">Phantom v16.10</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Invisible Vision</td>
			<td style="width:344px;">IVV UHSi-24</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Zeiss Optics</td>
			<td style="width:344px;">Planar T* 1,4/85</td>
			<td style="width:307px;">85mm Prime Lens</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Nikon</td>
			<td style="width:344px;">AF-S Nikkor 70-200mm f/2.8 ED VR II</td>
			<td style="width:307px;">70-200mm Telephoto Lens</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Flash Lamp</td>
			<td style="width:235px;">Bowens</td>
			<td style="width:344px;">Gemini Pro 1500W</td>
			<td style="width:307px;">x 2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">PDV Probe</td>
			<td style="width:235px;">Laser 2000</td>
			<td style="width:344px;">LPF-04-1550-9/125-S-21.5-100-4.5AS-60-3A-3-3</td>
			<td style="width:307px;">x 4 (Custom order)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:268px;">PDV System</td>
			<td style="width:235px;">Built in-house by the Institute of Shock Physics</td>
			<td style="width:344px;">Custom Build</td>
			<td style="width:307px;">3rd Generation (Upshifted) 8 Channel Portable PDV System</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Control Software</td>
			<td style="width:235px;">National Instruments</td>
			<td style="width:344px;">LabVIEW 2013</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Control Hardware for heating</td>
			<td style="width:235px;">National Instruments</td>
			<td style="width:344px;">NI-DAQ 6009 USB</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Heating Power Supply</td>
			<td style="width:235px;">BK Precision</td>
			<td style="width:344px;">BK1900</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Thermocouple Logger</td>
			<td style="width:235px;">Pico Technology</td>
			<td style="width:344px;">TC-08</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:268px;">100 mm Single Stage Light Gas Gun</td>
			<td style="width:235px;">Physics Applications, Inc. (PAI)</td>
			<td style="width:344px;">Custom Build</td>
			<td style="width:307px;">Capable of at least 1000 meters per second with ~ 2 kg projectile</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Image analysis software</td>
			<td style="width:235px;">National Institutes of Health</td>
			<td style="width:344px;">ImageJ</td>
			<td style="width:307px;">Open source, free</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Image analysis software</td>
			<td style="width:235px;">Mathworks</td>
			<td style="width:344px;">MATLAB r2014a</td>
			<td style="width:307px;">With image processing toolboxes</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Material sectioning saw</td>
			<td style="width:235px;">Struers</td>
			<td style="width:344px;">Accutom-50</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Electron Microscope</td>
			<td style="width:235px;">Zeiss</td>
			<td style="width:344px;">Auriga</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Electron Backscatter Diffraction</td>
			<td style="width:235px;">Bruker</td>
			<td style="width:344px;">e-Flash 1000</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">EBSD software</td>
			<td style="width:235px;">Bruker</td>
			<td style="width:344px;">eSprit</td>
			<td style="width:307px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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

身体の動的な破壊は、典型的には、試料が均一な応力と歪み速度の下で変形された簡略化条件下で研究後期現象です。これは均等にシリンダの内面をロードすることによって製造することができます。シリンダー拡大に伴いによる軸対称に、壁が周囲に均一である引張フープ応力に配置されます。そのような爆発物、電磁駆動、この拡張を生成するための様々な技術、及び既存のガス銃技術があるが、それらはすべてのサンプルシリンダーを室温でなければならないという事実に制限されています。我々は一貫し、反復可能な負荷で800 Kに150 Kからシリンダーの実験を容易にガス銃を使用して新しい方法を提示します。これらの高度に診断された実験は、骨折の失敗の原因となるメカニズム、および断片化の統計上のその結果の影響に対する温度の影響を調べるために使用されます。実験的形状が採用スチールオジーブはで約半分の位置先端で、目標シリンダの内側に位置する。単段軽ガス銃はその後千メートル/秒でシリンダー内にポリカーボネート発射を起動するために使用されている-1。発射の影響とは、内側からサンプルシリンダーを駆動し、剛性オジーブの周囲を流れます。非変形オジーブインサートの使用は、私たちは、シリンダの背面内部の温度制御ハードウェアをインストールすることができます。液体窒素（LN 2）は、冷却および加熱用抵抗高電流負荷のために使用されます。高速撮像が失敗に歪みを測定するために使用されるアップシフト光子ドップラー流速（PDV）の複数のチャネルは、コンピュータシミュレーションの直接比較を可能にするシリンダーに沿って膨張速度を追跡します。回収されたシリンダーの断片は、故障メカニズムを把握するために、光学顕微鏡および電子顕微鏡の対象となっています。

データの品質は、まず実験のタイミングに依存します。トリガーからの衝撃に遅延が正しい場合、フラッシュランプは、鮮明な画像を生成するために、高速カメラを可能にする、目標シリンダが変形し始めるときに十分な光を生成するであろう。この場合、フレーミングカメラからの画像は全気筒の変形を追跡するために使用することができる明確なシルエットエッジを有することになりま?...

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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.

動的破壊と断片化の温度依存性を研究するための方法

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

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8.5K ビュー.  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.

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Real-Time DC-dynamic Biasing Method for Switching Time Improvement in Severely Underdamped Fringing-field Electrostatic MEMS Actuators

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input bias voltage. However, the tradeoff for the improved switching performance is a relatively long settling time to reach each gap height in response to various applied voltages. Transient applied bias waveforms are employed to facilitate reduced switching times for electrostatic fringing-field MEMS actuators with high mechanical quality factors. Removing the underlying substrate of the fringing-field actuator creates the low mechanical damping environment necessary to effectively test the concept. The removal of the underlying substrate also a has substantial improvement on the reliability performance of the device in regards to failure due to stiction. Although DC-dynamic biasing is useful in improving settling time, the required slew rates for typical MEMS devices may place aggressive requirements on the charge pumps for fully-integrated on-chip designs. Additionally, there may be challenges integrating the substrate removal step into the back-end-of-line commercial CMOS processing steps. Experimental validation of fabricated actuators demonstrates an improvement of 50x in switching time when compared to conventional step biasing results. Compared to theoretical calculations, the experimental results are in good agreement.

The robust device design of fringing-field electrostatic MEMS actuators results in inherently low squeeze-film damping conditions and long settling times when performing switching operations using conventional step biasing. Real-time switching time improvement with DC-dynamic waveforms reduces the settling time of fringing-field MEMS actuators when transitioning between up-to-down and down-to-up states.

重度不足減衰フリンジフィールド静電MEMSアクチュエータに時間改善スイッチング用リアルタイムDC-ダイナミックバイアス方式

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input ...

工学

Characterization of Full Set Material Constants and Their Temperature Dependence for Piezoelectric Materials Using Resonant Ultrasound Spectroscopy

During the operation of high power electromechanical devices, a temperature rise is unavoidable due to mechanical and electrical losses, causing the degradation of device performance. In order to evaluate such degradations using computer simulations, full matrix material properties at elevated temperatures are needed as inputs. It is extremely difficult to measure such data for ferroelectric materials due to their strong anisotropic nature and property variation among samples of different geometries. Because the degree of depolarization is boundary condition dependent, data obtained by the IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) impedance resonance technique, which requires several samples with drastically different geometries, usually lack self-consistency. The resonant ultrasound spectroscopy (RUS) technique allows the full set material constants to be measured using only one sample, which can eliminate errors caused by sample to sample variation. A detailed RUS procedure is demonstrated here using a lead zirconate titanate (PZT-4) piezoceramic sample. In the example, the complete set of material constants was measured from room temperature to 120 &#176;C. Measured free dielectric constants <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/53461/image001.jpg" /> and&#160;<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/53461/image002.jpg" /> were compared with calculated ones based on the measured full set data, and piezoelectric constants d15 and d33 were also calculated using different formulas. Excellent agreement was found in the entire range of temperatures, which confirmed the self-consistency of the data set obtained by the RUS.

This protocol describes the procedure of measuring the temperature dependence of the full set material constants of piezoelectric materials using resonant ultrasound spectroscopy (RUS).

フルセット材料定数のキャラクタリゼーションと共鳴超音波スペクトロスコピーを用いた圧電材料のための彼らの温度依存性

During the operation of high power electromechanical devices, a temperature rise is unavoidable due to mechanical and electrical losses, causing the ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film synthesis) for the purpose of exploratory materials research. Certain materials pose a challenge wherein the traditional bulk Hall bar device fabrication method is insufficient to produce a measureable device for sample transport measurement, principally because the single crystal size is too small to attach wire leads to the sample in a Hall bar configuration. This can be, for example, because the first batch of a new material synthesized yields very small single crystals or because flakes of samples of one to very few monolayers are desired. In order to enable rapid characterization of materials that may be carried out in parallel with improvements to their growth methodology, a method of device fabrication for very small samples has been devised to permit the characterization of novel materials as soon as a preliminary batch has been produced. A slight variation of this methodology is applicable to producing devices using exfoliated samples of two-dimensional materials such as graphene, hexagonal boron nitride (hBN), and transition metal dichalcogenides (TMDs), as well as multilayer heterostructures of such materials. Here we present detailed protocols for the experimental device fabrication of fragments and flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate and subsequent measurement in a commercial superconducting magnet, dry helium close-cycle cryostat magnetotransport system at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

We describe the methodology of mechanical exfoliation and deposition of flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate, fabrication of experimental device structures for transport experimentation, and the magnetotransport measurement in a dry helium close-cycle cryostat at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

新規材料の低温磁気伝導測定のための高度な実験方法

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due to fundamental constraints imposed by the hyperpolarized state, exotic imaging and reconstruction techniques are commonly used. A practical system for characterization of dynamic, multi-spectral imaging methods is critically needed. Such a system must reproducibly recapitulate the relevant chemical dynamics of normal and pathological tissues. The most widely utilized substrate to date is hyperpolarized [1-13C]-pyruvate for assessment of cancer metabolism. We describe an enzyme-based phantom system that mediates the conversion of pyruvate to lactate. The reaction is initiated by injection of the hyperpolarized agent into multiple chambers within the phantom, each of which contains varying concentrations of reagents that control the reaction rate. Multiple compartments are necessary to ensure that imaging sequences faithfully capture the spatial and metabolic heterogeneity of tissue. This system will aid the development and validation of advanced imaging strategies by providing chemical dynamics that are not available from conventional phantoms, as well as control and reproducibility that is not possible in vivo.

A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

過分極磁気共鳴剤の研究のための多区画動的単一酵素ファントムの使用

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Applying X-ray Imaging Crystal Spectroscopy for Use as a High Temperature Plasma Diagnostic

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line intensity ratios. By using a Johann spectrometer viewing the plasma, it is possible to construct profiles of plasma parameters such as density, temperature, and velocity with good spatial and time resolution. However, benchmarking atomic code modeling of X-ray spectra obtained from well-diagnosed laboratory plasmas is important to justify use of such spectra to determine plasma parameters when other independent diagnostics are not available. This manuscript presents the operation of the High Resolution X-ray Crystal Imaging Spectrometer with Spatial Resolution (HIREXSR), a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma. In addition, this manuscript covers a laser blow-off system that can introduce such ions to the plasma with precise timing to allow for perturbative studies of transport in the plasma.

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas. This manuscript presents the operation of a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma.

高温プラズマ診断として使用するためのX線イメージングクリスタル分光法を適用します

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line ...

Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a microfluidic chamber assembled in the specimen holder for Transmission Electron Microscopy (TEM) and STEM. The microfluidic system consists of two silicon microchips supporting thin Silicon Nitride (SiN) membrane windows. This article describes the basic steps of sample loading and data acquisition. Most important of all is to ensure that the liquid compartment is correctly assembled, thus providing a thin liquid layer and a vacuum seal. This protocol also includes a number of tests necessary to perform during sample loading in order to ensure correct assembly. Once the sample is loaded in the electron microscope, the liquid thickness needs to be measured. Incorrect assembly may result in a too-thick liquid, while a too-thin liquid may indicate the absence of liquid, such as when a bubble is formed. Finally, the protocol explains how images are taken and how dynamic processes can be studied. A sample containing AuNPs is imaged both in pure water and in saline.

This protocol describes the operation of a liquid flow specimen holder for scanning transmission electron microscopy of AuNPs in water, as used for the observation of nanoscale dynamic processes.

走査型透過電子顕微鏡を用いて、液体中にナノサイズのオブジェクトの動的プロセスを学びます

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

によってナノ構造イットリア安定化ジルコニア（YSZ）足場の高温製作<em&gt;その場での</em&gt;カーボンテンプレート化キセロゲル

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Atomic Layer Deposition of Vanadium Dioxide and a Temperature-dependent Optical Model

Vanadium dioxide is a material that has a reversible metal-insulator phase change near 68 &#176;C. To grow VO2 on a wide variety of substrates, with wafer-scale uniformity and angstrom level control of thickness, the method of atomic-layer deposition was chosen. This ALD process enables high-quality, low-temperature (&#8804;150 &#176;C) growth of ultrathin films (100-1000 &#197;) of VO2. For this demonstration, the VO2 films were grown on sapphire substrates. This low temperature growth technique produces mostly amorphous VO2 films. A subsequent anneal in an ultra-high vacuum chamber with a pressure of 7x10-4 Pa of ultra-high purity (99.999%) oxygen produced oriented, polycrystalline VO2 films. The crystallinity, phase, and strain of the VO2 were determined by Raman spectroscopy and X-ray diffraction, while the stoichiometry and impurity levels were determined by X-ray photoelectron spectroscopy, and finally the morphology was determined by atomic force microscopy. These data demonstrate the high-quality of the films grown by this technique. A model was created to fit to the data for VO2 in its metallic and insulating phases in the near infrared spectral region. The permittivity and refractive index of the ALD VO2 agreed well with the other fabrication methods in its insulating phase, but showed a difference in its metallic state. Finally, the analysis of the films&#39; optical properties enabled the creation of a wavelength- and temperature-dependent model of the complex optical refractive index for developing VO2 as a tunable refractive index material.

Thin films (100-1000 &#197;) of vanadium dioxide (VO2) were created by atomic-layer deposition (ALD) on sapphire substrates. Following this, the optical properties were characterized through the metal-insulator transition of VO2. From the measured optical properties, a model was created to describe the tunable refractive index of VO2.

二酸化バナジウムと温度依存性の光学モデルの原子層堆積法

Vanadium dioxide is a material that has a reversible metal-insulator phase change near 68 &#176;C. To grow VO2 on a wide variety of substrates, with ...

Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere

A technique to measure the temperature of water and non-turbid aqueous media surrounding an induction-heated small magnetic sphere is presented. This technique utilizes wavelengths of 1150 and 1412 nm, at which the absorption coefficient of water is dependent on temperature. Water or a non-turbid aqueous gel containing a 2.0-mm- or 0.5-mm-diameter magnetic sphere is irradiated with 1150 nm or 1412 nm incident light, as selected using a narrow bandpass filter; additionally, two-dimensional absorbance images, which are the transverse projections of the absorption coefficient, are acquired via a near-infrared camera. When the three-dimensional distributions of temperature can be assumed to be spherically symmetric, they are estimated by applying inverse Abel transforms to the absorbance profiles. The temperatures were observed to consistently change according to time and the induction heating power.

A technique utilizing wavelengths of 1150 and 1412 nm to measure the temperature of water surrounding an induction-heated small magnetic sphere is presented.

誘導加熱の小さな磁気圏を取り巻く水の近赤外温度計測

A technique to measure the temperature of water and non-turbid aqueous media surrounding an induction-heated small magnetic sphere is presented. This ...

A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate plasma to high speed; they have considerable potential for future space applications with the significant advantages of high specific impulse and thrust density. In this paper, we present a series of protocols for designing and manufacturing a 100 kW class of AF-MPD thruster with water-cooling structures, a 130 V maximum discharge voltage, a 800 A maximum discharge current, and a 0.25 T maximum strength of magnetic field. A hollow tantalum tungsten cathode acts as the only propellant inlet to inhibit the radial discharge, and it is positioned axially at the rear of the anode in order to relieve anode starvation. A cylindrical divergent copper anode is employed to decrease anode power deposition, where the length has been reduced to decrease the wall-plasma connecting area. Experiments utilized a vacuum system that can achieve a working vacuum of 0.01 Pa for a total propellant mass flow rate lower than 40 mg/s and a target thrust stand. The thruster tests were carried out to measure the effects of the working parameters such as propellant flow rates, the discharge current, and the strength of applied magnetic field on the performance and to allow appropriate analysis. The thruster could be operated continuously for significant periods of time with little erosion on the hollow cathode surface. The maximum power of the thruster is 100 kW, and the performance of this water-cooled configuration is comparable with that of thrusters reported in the literature.

The goal of this protocol is to introduce the design of a 100 kW class applied-field magnetoplasmadynamic thruster and relevant experimental methods.

100 KW 級適用フィールド ノズル形状スラスター

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate ...