Name: development of an experimental setup for the measurement of the coefficient of restitution under vacuum conditions
Uploaded: 2016-03-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 49 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions at JoVE.com

The authors have no acknowledgements.

1. Parçacıklar daha kaba olan deneyler veya 700 um eşit <ol><li> deney düzeneği hazırlama <ol><li> kol çıkarın ve vakum odasının üst kapağını kaldırın. Vakum odası içinde istenen duvar malzemeden oluşan taban plakasını yerleştirin. eliyle dikkatle plaka slayt vakum odası yanlara alt kısmını çevirin. </li><li> Yer tam tanecikler için bir taban plakasının merkezinde cımbız ile incelenecek. Daha sonra taban plakası görme alanı en çeyreğinde olduğu şekilde bir tripod ile kameranın yüksekliğini ayarlamak ve parçacık odaklanmak. </li><li> cımbız kullanarak parçacık çıkarın. </li></ol></li><li> Deneysel prosedür <ol><li> Parçacığın istenen darbe hızı ulaşılır şekilde partikül odasının yüksekliğini ayarlar. yükseklikte bir göstergesi olarak tutma plakasına bağlı sopa ölçeği kullanın. parçacık odasına yakınpipet çevresi bölmenin deliğin kenarına değecek şekilde aşağı doğru iterek pipet ucu. kol açın ve vakum odasının üst kapağını kaldırın. </li><li> Cımbız ile parçacık odasında tek küre koyun. Küre analiz edilecektir parçacıkların ne tür bağlı olarak katı veya sıvı dolgulu (Louge ve ark. 14 gibi) olabilir. Bununla birlikte, bu çalışmada sadece katı parçacıklar incelenir. Vakum odasının (silindir) alt kısmında üst kapağı koyun ve üst kapak ve kol ile vakum bölmesinin alt kısmı bağlayın. </li><li> 0.1 mbar (veya başka bir istenen değere) bir düzeyi elde edilene dek vakum pompası ile odasını boşaltın. Bir vakum ölçer ile basıncını ölçmek. vakum odasının yan tarafındaki vanayı kapatın ve vakum pompası kapatın. vakum koşullarında çalışırken koruyucu gözlük takın. </li><li> (Varsaymak 10.000 fps kare hızı uygulayın ve kamera ayarlarınıiyon / zoom) 528 x 396 piksel çözünürlüğe elde etmek. Yüksek hızlı kamera kaydını başlatmak ve parçacık kurtarmak için parçacık odasının deliğini açın. Eşzamanlı olarak çekin ve bağlı sopa ve mühür halkası arasındaki yüksek sürtünme sopa-kayma sorunları önlemek için pipet ucu bağlı sopa çevirin. </li><li> resim sadece sınırlı bir miktarda tasarruf edilebilir ve bu limit aşıldığında ilk olanlar yazılır çünkü doğrudan darbeden sonra kameranın Kaydı durdur. ekrana darbe anında etrafında film kesmek ve hafıza kartına kaydedin. </li><li> istatistiksel olarak anlamlı sonuçlar elde etmek için deneyini on kez tekrarlayın. On tekrarlar sonra, ortalama değer artık değiştirmez eğer sonuçlar istatistiksel olarak anlamlıdır (Bu örnek ya da diğer parçacık şekillerinin homojenliği bağlı diğer malzemeler için farklı olabilir). </li></ol></li><li> değerlendirme Prosedürü <ol><li> know yazılımı kalibreBir parçacık veya piksel ve mesafeler arasında bir dönüşüm elde etmek için adım 1.2.4 yapılan videonun bir çerçeve kullanarak başka bir nesnenin n boyutu. o bulanık değil vadesi parçacığın hareketi yatay çapı kullanın. <ol><li> Yatay çap piksel sayısını ve sonra dönüşüm faktörü &#39;piksel başına mesafeyi&#39; almak için piksel sayısına göre bilinen mesafeyi bölün. Kalibrasyon sürecinin bir resmi, Şekil 4&#39;te gösterilmiştir. </li></ol></li><li> . Küre on kare öncesi ve darbe hızını hesaplamak için darbe öncesi bir çerçeve üstünde hareket bir referans noktası olarak ayarlayın 5 hareket iki referans noktaları sunar Şekil. Adım 1.3.1 dönüşüm faktörü, katedilen mesafeyi elde etmek için iki nokta arasındaki piksel sayısını kullanın. çarpma hızı elde etmek için geçen süre (çerçeveler ve zaman adımı sayısı ürünü) ile mesafeyi bölün. </li><li> Bir referans noktası olarak ayarlayınsonra küre bir çerçevenin üst ve çarpışma sonrası on kare üzerinde hareket ribaund hızını hesaplamak için. 1.3.2 adıma benzer geri tepme hızı belirleyin. </li><li> darbe hızına geri tepme hızı oranı olarak COR hesaplayın. </li><li> Kaydedilen tüm düşme testi videoları değerlendirilmesi için adımlarını 1.3.1-1.3.4 tekrarlayın. </li></ol></li></ol> 2. Tozlar Finer ile deneyler ya da 400 mikron eşit <ol><li> deney düzeneği hazırlama <ol><li> kol çıkarın ve vakum odasının üst kapağını kaldırın. Vakum odası içinde istenen duvar malzemeden oluşan taban plakasını yerleştirin. eliyle dikkatle plaka slayt vakum odası yanlara alt kısmını çevirin. </li><li> cımbız ile taban plakası merkezinde bilinen boyutu olan bir parçacık olarak yeterli bir referans nesnesi yerleştirin. Daha sonra taban plakası en düşük çeyreğinde olduğu şekilde bir tripod ile kamera yüksekliğini ayarlamakgörme alanı ve referans nesne odaklanır. </li><li> aşağıdaki deneylerde tam olarak aynı ayarlarla taban plakası üzerine yatan referans nesnenin kısa bir video kaydetmek. </li><li> cımbız kullanarak referans nesneyi kaldırın. </li></ol></li><li> Deneysel prosedür <ol><li> Parçacığın istenen darbe hızı ulaşılır şekilde partikül odasının yüksekliğini ayarlar. yükseklikte bir göstergesi olarak tutma plakasına bağlı sopa ölçeği kullanın. pipet çevresi bölmenin deliğin kenarına değecek şekilde aşağı doğru iterek pipet ucu ile parçacık odasını kapatın. kol açın ve vakum odasının üst kapağını kaldırın. </li><li> Parçacık odası içinde 50 ila 100 küreler koyun. parçacık odasına küreler rehberlik etmek, bir kağıt katlanmış kağıda bunları ilk yatırmak. odasına partiküllerin slayt bir oluk olarak katlanmış kağıt kullanın. t üst kapağı yerleştirinO vakum odası (silindir) alt kısmı ve üst kapağı ve kol ile vakum bölmesinin alt kısmı bağlayın. </li><li> 0.1 mbar (veya başka bir istenen değere) bir düzeyi elde edilene dek vakum pompası ile odasını boşaltın. Bir vakum ölçer ile basıncını ölçmek. vakum odasının yan tarafındaki vanayı kapatın ve vakum pompası kapatın. vakum koşullarında çalışırken koruyucu gözlük takın. </li><li> 10.000 fps ile yüksek hızlı kamera ve 528 x 396 piksel çözünürlükte kaydını başlatmak ve tanecikleri serbest parçacık odasının deliğini açın. Eşzamanlı olarak çekin ve bağlı sopa ve mühür halkası arasındaki yüksek sürtünme sopa-kayma sorunları önlemek için pipet ucu bağlı sopa çevirin. tüm parçacıklar aynı anda açılan önlemek için çok yavaş çekin. </li><li> İlk parçacığın darbe sonrası 6 sn kamera 5 Kaydı durdur resimlerin sadece sınırlı bir miktarda tasarruf edilebilir, çünkü ve köknarBu sınır aşıldığında st olanlar yazılır. parçacıkların en az 10 net odaklı etkileri görülebilir böyle bir şekilde ekrana film kesmek ve hafıza kartına kaydedin. </li></ol></li><li> değerlendirme Prosedürü <ol><li> piksel ve mesafeler arasında bir dönüşüm elde etmek için adım 2.1.3 videodan referans nesnenin bilinen boyutu ile yazılım kalibre edin. referans nesnenin büyüklüğünün piksel sayısını ve sonra dönüşüm faktörü &#39;piksel başına mesafeyi&#39; almak için piksel sayısına göre bilinen mesafeyi bölün. </li><li> çarpma hızı hesaplamak için darbe öncesi on kare önce videonun ilk açıkça odaklanmış kürenin üst ve bir çerçeve üzerinde hareket bir referans noktası olarak ayarlayın. Adım 2.3.1 dönüşüm faktörü ile birlikte 1.3.2 adıma benzer çarpma hızı hesaplayın. </li><li> sonra ilk açıkça odaklanmış küre bir çerçevenin üstünde hareket bir referans noktası olarak ayarlayın ve on kare kıçer darbe ribaund hızını hesaplamak için. 2.3.2 adıma benzer geri tepme hızı hesaplayın. </li><li> darbe hızına geri tepme hızı oranı olarak COR hesaplayın. </li><li> Tekrarlayın başka dokuz açıkça odaklanmış küreler etkilerinin değerlendirilmesi için 2.3.2-2.3.3 adımları. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Ennis, B. J., Green, J., Davies, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+legacy+of+neglect.">The legacy of neglect.</a> U.S. Chem. Eng. Prog. 90 (4), 32-43 (1994).</li><li>Nedderman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Statics and Kinematics of Granular Materials. , (1992).</li><li>Seifried, R., Schiehlen, W., Eberhard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+and+experimental+evaluation+of+the+coefficient+of+restitution+for+repeated+impacts.">Numerical and experimental evaluation of the coefficient of restitution for repeated impacts.</a> Int. J. Impact Eng. 32, 508-524 (2005).</li><li>Thornton, C., Ning, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+theoretical+model+for+the+stick/bounce+behaviour+of+adhesive,+elastic-plastic+spheres.">A theoretical model for the stick/bounce behaviour of adhesive, elastic-plastic spheres.</a> Powder Technol. 99, 154-162 (1998).</li><li>Antonyuk, S., 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=Energy+absorption+during+compression+and+impact+of+dry+elastic-plastic+spherical+granules.">Energy absorption during compression and impact of dry elastic-plastic spherical granules.</a> Granul. Matter. 12, 15-47 (2010).</li><li>G&#252;ttler, C., Hei&#223;elmann, D., Blum, J., Krijt, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Normal+Collisions+of+Spheres:+A+Literature+Survey+on+Available+Experiments.">Normal Collisions of Spheres: A Literature Survey on Available Experiments.</a> arXIV. , (2012).</li><li>Bharadwaj, R., Smith, C., Hancock, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+coefficient+of+restitution+of+some+pharmaceutical+tablets/compacts.">The coefficient of restitution of some pharmaceutical tablets/compacts.</a> Int. J. Pharm. 402, 50-56 (2010).</li><li>Fu, J., Adams, M. J., Reynolds, G. K., Salman, A. D., Hounslowa, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+deformation+and+rebound+of+wet+granules.">Impact deformation and rebound of wet granules.</a> Powder Technol. 140, 248-257 (2004).</li><li>Sommerfeld, M., Huber, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+analysis+and+modelling+of+particle-wall+collisions.">Experimental analysis and modelling of particle-wall collisions.</a> Int. J. Multiphas. Flow. 25, 1457-1489 (1999).</li><li>Foerster, S. F., Louge, M. Y., Chang, H., Allia, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurements+of+the+collision+properties+of+small+spheres.">Measurements of the collision properties of small spheres.</a> Phys. Fluids. 6 (3), 1108-1115 (1994).</li><li>Lorenz, A., Tuozzolo, C., Louge, M. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurements+of+Impact+Properties+of+Small,+Nearly+Spherical+Particles.">Measurements of Impact Properties of Small, Nearly Spherical Particles.</a> Exp. Mech. 37 (3), 292-298 (1997).</li><li>Fu, J., Adams, M. J., Reynolds, G. K., Salman, A. D., Hounslowa, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+deformation+and+rebound+of+wet+granules.">Impact deformation and rebound of wet granules.</a> Powder Technol. 140, 248-257 (2004).</li><li>Wong, C. X., Daniel, M. C., Rongong, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+dissipation+prediction+of+particle+dampers.">Energy dissipation prediction of particle dampers.</a> J. Sound Vib. 319, 91-118 (2009).</li><li>Louge, M. Y., Tuozzolo, C., Lorenz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+binary+impacts+of+small+liquid-filled+shells.">On binary impacts of small liquid-filled shells.</a> Phys. Fluids. 9, 3670-3677 (1997).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

To validate the functionality of the experimental setup in general, tests with similar material combinations as in other established setups (Antonyuk et al.5 and Wong et al.13) were performed. Since very similar results were obtained, the general procedure seems to work. Nevertheless, caution has to be taken towards the procedure and the analysis and further improvements are necessary.
The main limitation of the experimental setup is the quality of the v...

Tozlar ve granüller çevremizdeki her yerde vardır. Onlarsız bir hayat modern toplumlarda mümkün değildir. Onlar tahıl, hatta un, şeker, kahve ve kakao gibi yiyecek ve içecekler görünür. Onlar lazer yazıcı için toner gibi günlük kullanılan nesneler için ihtiyaç vardır. erimiş ve yeni bir şekil verilmeden önce plastik granül formda taşınır çünkü Ayrıca plastik sanayi, onlarsız hayal değil. Değer Ennis vd. 1 en az% 40 kimya sanayi (tarım, gıda, ilaç, mineraller, mühimmat) tarafından Amerika Birleşik Devletleri, tüketici fiyat endeksine ilave sonra partikül teknolojisi bağlanır. Nedderman 2 da ürünleri ve hammadde% 75, en az yaklaşık% 50 (ağırlık) kimya endüstrisi granül katı olduğunu belirtti. O da taneli malzemelerin depolanması ve nakliyesi ile ilgili pek çok sorun çıkarırlar açıkladı. Bunlardan biri, taşıma ve handli sırasında olduğung birçok çarpışmalar gerçekleşecek. Analiz tanımlamak ve bir partikül sisteminin davranışını tahmin etmek için, Ayrık Elemanlar Yöntemi (DEM) simülasyonları yapılabilir. partikül sisteminin çarpışma davranışı bu simülasyonlar bilgisi için gereklidir. DEM simülasyonlarda bu davranışı açıklar parametre deneylerinde belirlenen zorundadır iade (COR) katsayısı. COR SEIFRIED ve arkadaşları tarafından tarif edildiği gibi darbe esnasında kinetik enerji kaybını karakterize eden bir sayıdır. 3.. Onlar bu plastik deformasyonlar, dalga yayılımı ve viskoelastik olayların neden olduğu açıkladı. Thornton ve Ning 4 ayrıca bazı enerji yapışma arayüzü nedeniyle çalışma ile harcanmış olabileceğini belirtti. Antonyuk ve arkadaşları de belirtildiği gibi COR darbe hızı, malzeme davranışı, parçacık boyutu, şekli, pürüzlülüğü, nem içeriği, yapışma özellikleri ve sıcaklığa bağlıdır. 5. Bir completel içiniletişim ortakları arasındaki göreceli hız öncesi ve darbe sonrası eşit olacak şekilde y elastik darbe tüm absorbe enerji çarpışma sonra iade edilir. Bu, tüm ilk kinetik enerjisi emilir mükemmel plastik etkisi sırasında e = 1. Bir COR yol açar ve iletişim ortakları e bir COR yol açan birbirine yapışıyor = 0. Ayrıca, Güttler ve ark., 6 olduğunu açıkladı iki çarpışmalar türleri. Bir yandan, aynı zamanda, parçacık parçacık temas olarak bilinen iki alan arasındaki çarpışma vardır. Öte yandan, bir küre ve partikül duvar iletişim adlandırılan bir plaka arasındaki çarpışma vardır. COR için veri ve katsayısı gibi diğer malzeme özellikleri ile sürtünme, yoğunluk, Poisson oranı ve kayma modülü DEM simülasyonlar olarak Bharadwaj ve ark., 7 ile açıklanabilir parçacıkların çarpışma sonrası hızları ve yönelimlerini belirlemek için yapılabilir. sho olarakwn bölgesindeki Antonyuk ve ark., 5, COR hız darbe geri tepme hızı oranı hesaplanabilir. Bu nedenle, serbest düşüş testleri 4 mm&#39;ye 0.1 mm bir çapı olan parçacıkların parçacık-duvara temas incelemek için bir deney düzeneği oluşturulmuştur. Fu ve ark., 8 ve Sommerfeld ve Huber 9 gibi hızlandırılmış deneylere göre serbest düşüş deneyleri avantajı dönüşü ortadan olabilir olmasıdır. Bu nedenle, COR etkiler rotasyonel ve kinetik enerjisi arasında transfer önlenebilir. Asferik parçacıklar Foerster ve ark. 10 veya Lorenz ve ark olarak işaretlenmesi gerekmektedir. 11 hesaba dönüşünü almak. COR darbe hızına bağlı olarak gibi, deneylerde darbe hızları gerçek nakliye ve taşıma süreçlerinde olanlar eşleşmesi gerekir. atmosfer basıncı altında serbest düşme deneylerde, darbe hızı sınırlıdırsürükleme kuvveti ile, azalan parçacık boyutu artan bir etkisi olan. Bu dezavantajı gidermek için, deney düzeneği vakum koşulları altında çalışmaktadır. İkinci zorluk o örneği yüzey pürüzlülüğü ve yapışma için, önceden COR etkileyen tüm özelliklerini karakterize etmek mümkündür çünkü sadece tek bir parçacık bırakmaktır. Bu bilgi ile, COR parçacığın özelliklerine göre tespit edilebilir. Bu, yeni bir serbest bırakma mekanizması geliştirilmiştir. Başka bir sorun 400 mikron aşağı bir çapa sahip tozların yapışkan güçlerdir. Bu nedenle, kuru ve ortam sıcaklık ortamında yapışmayı önlemek için gereklidir. deney düzeneği birkaç bölümden oluşur. Mevcut deney düzeneği bir dış görünüm Şekil 1&#39;de gösterilmiştir. Birincisi, camdan yapılmış olan vakum odası vardır. Bu alt kısmında (silindir) oluşan, yani bir üst kapak, bir sızdırmazlık halkası ve bir manşon bağlamakparçalar. alt kısmı vakum pompası ve vakum göstergesi olan bir bağlantı için iki açıklık vardır. Üst kapağı dört açıklıkları vardır. Bunlardan ikisi deney daha fazla ilerleme için kullanılabilir, aynı zamanda, iki aşağıda tarif salma mekanizmasının ve sopalarla için gereklidir. Bütün bu açıklıklar conta halkaları ve vidalı kapakları vakum koşulları altında çalışan ile kapatılabilir. Ayrıca, yeni bir serbest bırakma mekanizması literatürde belgelenmiştir diğer deneylerde olduğu gibi, bir vakum memesi kullanımı yana geliştirilmiştir (örneğin Foerster ve ark., 10, Lorenz ve diğ., 11 Fu ve diğerleri., 12 veya Wong ve ark. 13) bir vakum ortamında mümkün değildir. mekanizma, bir plaka ile tutulur konik matkap deliği olan silindir şeklinde bir bölme ile gerçekleştirilmektedir. Bu vakum odasının üst kapağın keçelerin birinde uyuyor ve bir variab ayarlanmasını garanti eden bir sopa bağlanırserbest düşüş deneyler için le ilk yükseklik. Bir ölçek yüksekliğini ölçmek için sopa çizilir. Parçacık bölmesinin kapama tekrar çubuk bağlı olan bir pipet konik ucu ile uygulanmaktadır. Burada açıklandığı gibi yeni serbest bırakma mekanizması Şekil 2&#39;de görüldüğü ve işler olabilir: ucu çevresi bölmenin deliğin kenarına değecek şekilde ilk devlet pipet aşağı itilir. odası bir tanecik delikten bölmesini terk için bir boşluk vardır, öyle ki pipet ile kapatılır. parçacık serbest bırakmak için, sopa ona bağlı ucu ile çok yavaş birlikte yukarı doğru çekilir. ucunun çapı küçülüyor gibi çevresi ve matkap deliği kenarı arasında bir boşluk parçacık odasını terk hangi aracılığıyla ortaya çıkar. bir cham dışarı parçacık olabilir &#39;roll&#39; olarak yeni geliştirilmiş serbest bırakma mekanizması ile parçacığın bir rotasyon beklediğiniz rağmenber, farklı bir davranış deneylerinde görünür. 3 25 kare adımlarla darbeden sonra 50 kareye kadar önce 50 kare bir asferik parçacığın etkisini göstermektedir. parçacığın şeklinden hiçbir rotasyon etkisi (1-3) ise daha sonra açıkça spin (4-5) önünde görünür. Bu nedenle talep olmayan dönme sürümü bu serbest bırakma mekanizması ile gerçekleşiyor. deney düzeneği başka bir bileşen taban plakası olduğunu. Aslında, farklı malzemelerden oluşan taban plakaları, üç farklı türleri bulunmaktadır. Bir paslanmaz çelik, alüminyum, bir ikinci ve polivinil klorür üçte (PVC) imal edilir. Bu Seletler reaktörlerde ve tüplerde örneğin proses mühendisliği sık kullanılan malzemeler temsil etmektedir. darbe ve geri tepme hızları belirlemek için, 10.000 fps ile yüksek hızlı kamera ve 528 x 396 piksel çözünürlük kullanılır. her zaman olduğu gibi bu konfigürasyon seçilmiştirbir darbe yakın resim ve aynı zamanda çözünürlük hala tatmin edicidir. Kamera kaydedildikleri zaman anında videoları gösteren bir ekrana bağlanır. yüksek hızlı kamera sadece fotoğraf sınırlı bir miktarda tasarruf ve bu miktar aşıldığında videonun başlangıcını üzerine yazar, çünkü bu, gereklidir. Ayrıca, yüksek hızlı kamera görme alanının aydınlatılması için güçlü bir ışık kaynağı gereklidir. aydınlatma eşitliğinin sağlanması için teknik çizim bir kağıt ışığı yayılır vakum odasının arka üzerine yapıştırılır. Son olarak, iki aşamalı bir döner pervane pompası 0.1 mbar&#39;lık bir vakum ve bir vakum göstergesi önlemler sabit çevre şartları garanti altına almak için, vakum oluşturmak için kullanılır. Farklı parçacık çapları (0.1-0.2, 0.2-0.3, 0.3-0.4, 0.700, 1.588, 2.381, 2.780, 3.680 ve 4.000 mm) Burada sunulan çalışma cam boncuklar kullanılır. boncuklar soda kireç yapılırCam ve oldukça düzgün yüzeyli küreseldir.

<table><tbody><tr><td>High-speed camera Olympus i-SPEED 3</td><td>Olympus</td><td></td><td>High-speed camera to capture the particle impact</td></tr><tr><td>Screen Olympus i-SPEED CDU</td><td>Olympus</td><td></td><td>Screen to work with the high-speed camera</td></tr><tr><td>Light source Olympus ILP-2</td><td>Olympus</td><td></td><td>Light source necessary for taking videos at high frame rates</td></tr><tr><td>Vacuum pump Alcatel Pascale 2005 D</td><td>Alcatel</td><td></td><td>Vacuum pump to generate the vacuum during the experiments</td></tr><tr><td>Vacuum gauge Alcatel CFA 212</td><td>Alcatel</td><td></td><td>Vacuum gauge to measure the vacuum level</td></tr><tr><td>i-SPEED Software Suite (Control version)</td><td>Olympus</td><td></td><td>Software to evaluate the videos</td></tr><tr><td>Glass beads</td><td>Sigmund Lindner GmbH</td><td></td><td>SiLibeads Type P (0.700, 1.588, 2.381, 2.780, 3.680, 4.000 mm)&lt;br/&gt; SiLibeads Type S (0.1-0.2, 0.2-0.3, 0.3-0.4&amp;nbsp;mm)&lt;br/&gt; http://www.sigmund-lindner.com (see supplier&#039;s website for more information about the glass properties)</td></tr><tr><td>Safety goggles</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

development of an experimental setup for the measurement of the coefficient of restitution under vacuum conditions

Ayrık Elemanlar Yöntemi tanımlamak ve analiz onları, tahmin etmek ve daha sonra bir sürecin tek aşamalarında, hatta bütün bir süreç için kendi davranışlarını optimize etmek için partikül sistemleri simülasyonu için kullanılır. parçacık-parçacık ve parçacık-duvar kişileri meydana gelen simülasyonu için, restitüsyon katsayısının değeri gereklidir. Deneysel olarak tespit edilebilir. restitüsyon katsayısı darbe hızı gibi birçok parametreye bağlıdır. Özellikle ince parçacıklar için çarpma hızı, hava basıncına bağlıdır ve atmosfer basıncı altında, yüksek darbe hızları ulaşılamıyor. Bunun için, vakum altında serbest düşme testleri için yeni bir deney düzeneği geliştirilmiştir. iade katsayısı yüksek hızlı kamera tarafından algılanır etki ve geri tepme hızı ile belirlenir. görünümünü engellemeyen için, vakum odası camdan yapılmıştır. Ayrıca yeni bir salma mekanizması, vakum altında tek parçacık damlaKoşullar imal edilir. Buna bağlı olarak, parçacık tüm özelliklerinin daha önce karakterize edilebilir.

100 um mm ila 4.0 bir çapı olan analizi cam parçacıkları için 20 mm kalınlığında paslanmaz çelik bir taban plakası 200 mm bir başlangıç ​​yükseklikten düştü. Şekil 6, atmosfer basıncında ve vakum parçacık boyutuna bağlı olarak -COR için ortalama değerleri ve maksimum ve minimum değerleri gösterir. COR ortalama değeri büyük veya hava basıncı, 700 um, bağımsız eşit part...

Watch this Scientific Journal Video about Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions at JoVE.com

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

iade katsayısı çarpışma sırasında kinetik enerji kaybını tarif eden bir parametredir. Burada, vakum koşulları altında serbest düşme kurulum yüksek darbe hızları mikrometre aralığındaki partiküller için iade parametresinin katsayısı tespit edebilmek için geliştirilmiştir.

Vakum Koşullarında Restitüsyon katsayısı ölçümü için bir deneysel Kur Geliştirilmesi

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

development-an-experimental-setup-for-measurement-coefficient

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Engineering

Unit 1

Linear Momentum, Impulse and Collisions

SCIENTISTS IN ACTION

8.1K Görüntüleme.  University of Technology of Compiègne.  iade katsayısı çarpışma sırasında kinetik enerji kaybını tarif eden bir parametredir. Burada, vakum koşulları altında serbest düşme kurulum yüksek darbe hızları mikrometre aralığındaki partiküller için iade parametresinin katsayısı tespit edebilmek için geliştirilmiştir. 

Video: Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

Experimental Measurement of Settling Velocity of Spherical Particles in Unconfined and Confined Surfactant-based Shear Thinning Viscoelastic Fluids

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic (VES) fluids. The measurements are made for particles settling in unbounded fluids&#160;and fluids between parallel walls. VES fluids over a wide range of rheological properties are prepared and rheologically characterized. The rheological characterization involves steady shear-viscosity and dynamic oscillatory-shear measurements to quantify the viscous and elastic properties respectively. The settling velocities under unbounded conditions are measured in beakers having diameters at least 25x the diameter of particles. For measuring settling velocities between parallel walls, two experimental cells with different wall spacing are constructed. Spherical particles of varying sizes are gently dropped in the fluids and allowed to settle. The process is recorded with a high resolution video camera and the trajectory of the particle is recorded using image analysis software. Terminal settling velocities are calculated from the data.
The impact of elasticity on settling velocity in unbounded fluids is quantified by comparing the experimental settling velocity to the settling velocity calculated by the inelastic drag predictions of Renaud et al.1&#160;Results show that elasticity of fluids can increase or decrease the settling velocity. The magnitude of reduction/increase is a function of the rheological properties of the fluids and properties of particles. Confining walls are observed to cause a retardation effect on settling and the retardation is measured in terms of wall factors.

This paper demonstrates the experimental procedure to measure terminal settling velocities of spherical particles in surfactant-based shear thinning viscoelastic fluids. Fluids over a wide range of rheological properties are prepared and settling velocities are measured for a range of particle sizes in unbounded fluids and fluids between parallel walls.

Sınırlanmamış ve Sınırlı Yüzey Aktif Bazlı Kesme Viskoelastik Sıvılarda Küresel Parçacıkların Yerleşme Hızının Deneysel Ölçümü

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic ...

Mühendislik

A Testing Platform for Durability Studies of Polymers and Fiber-reinforced Polymer Composites under Concurrent Hygrothermo-mechanical Stimuli

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites under service condition is a critical aspect to be addressed for their robust designs and condition-based maintenance. These materials are adopted in a wide range of engineering applications, from aircraft and ship structures, to bridges, wind turbine blades, biomaterials and biomedical implants. Polymers are viscoelastic materials, and their response may be highly nonlinear and thus make it challenging to predict and monitor their in-service performance. The laboratory-scale testing platform presented herein assists the investigation of the influence of concurrent mechanical loadings and environmental conditions on these materials. The platform was designed to be low-cost and user-friendly. Its chemically resistant materials make the platform adaptable to studies of chemical degradation due to in-service exposure to fluids. An example of experiment was conducted at RT on closed-cell polyurethane foam samples loaded with a weight corresponding to ~50% of their ultimate static and dry load. Results show that the testing apparatus is appropriate for these studies. Results also highlight the larger vulnerability of the polymer under concurrent loading, based on the higher mid-point displacements and lower residual failure loads. Recommendations are made for additional improvements to the testing apparatus.

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites in service is a critical aspect for their designs and condition-based maintenance. We present a novel low-cost laboratory testing platform for the investigation of the influence of concurrent mechanical and environmental loadings, and may help design more efficient yet safer composite structures.

Polimer Dayanıklılık Çalışmaları ve Eşzamanlı Hygrothermo-mekanik Uyaranlara altında Fiber takviyeli kompozitler Polimer A Test Platformu

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites under service condition is a critical aspect to be addressed for their robust designs ...

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at a frequency above the acoustic range (20 kHz). As a solid-state technology, ultrasonic lubrication can be used where conventional lubricants are unfeasible or undesirable. Further, ultrasonic lubrication allows for electrical modulation of the effective friction coefficient between two sliding surfaces. This property enables adaptive systems that modify their frictional state and associated dynamic response as the operating conditions change. Surface wear can also be reduced through ultrasonic lubrication. We developed a protocol to investigate the dependence of friction force reduction and wear reduction on the linear sliding velocity between ultrasonically lubricated surfaces. A pin-on-disc tribometer was built which differs from commercial units in that a piezoelectric stack is used to vibrate the pin at 22 kHz normal to the rotating disc surface. Friction and wear metrics including effective friction force, volume loss, and surface roughness are measured without and with ultrasonic vibrations at a constant pressure of 1 to 4 MPa and three different sliding velocities: 20.3, 40.6, and 87 mm/sec. An optical profilometer is utilized to characterize the wear surfaces. The effective friction force is reduced by 62% at 20.3 mm/sec. Consistently with existing theories for ultrasonic lubrication, the percent reduction in friction force diminishes with increasing speed, down to 29% friction force reduction at 87 mm/sec. Wear reduction remains essentially constant (49%) at the three speeds considered.

We present a protocol for using a piezoelectrically-assisted tribometer and optical profilometer to investigate the dependence of ultrasonic wear and friction reduction on linear velocity, contact pressure, and surface properties.

Ultrasonik Yağlama üzerinde deneyler bir piezoelektrik destekli tribometre ve Optik profilometre kullanma

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

The Measurement of Unsteady Surface Pressure Using a Remote Microphone Probe

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various characteristic length scales can result in pressure fluctuations over a wide frequency range. This property of turbulence requires sensing devices to have sufficient sensitivity over a wide range of frequencies. Furthermore, the small characteristic length scales of turbulent structures require small sensing areas and the ability to place the sensors in very close proximity to each other. The complex geometries of the solid bodies, often including large surface curvatures or discontinuities, require the probe to have the ability to be set up in very limited spaces. The development of a remote microphone probe, which is inexpensive, consistent, and repeatable, is described in the present communication. It allows for the measurement of pressure fluctuations with high spatial resolution and dynamic response over a wide range of frequencies. The probe is small enough to be placed within the interior of typical wind tunnel models. The remote microphone probe includes a small, rigid, and hollow tube that penetrates the model surface to form the sensing area. This tube is connected to a standard microphone, at some distance away from the surface, using a "T" junction. An experimental method is introduced to determine the dynamic response of the remote microphone probe. In addition, an analytical method for determining the dynamic response is described. The analytical method can be applied in the design stage to determine the dimensions and properties of the RMP components.

Here, we present a protocol to measure, with high spatial resolution, the unsteady surface pressure in turbulent flows. This method demonstrates the construction of a remote microphone probe (RMP) and the determination of its frequency-dependent, complex transfer function. An analytical determination of the dynamic response is presented and validated.

Uzak Mikrofon Probe kullanarak Kararsız Yüzey Basınç Ölçümü

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various ...

How to Build a Vacuum Spring-transport Package for Spinning Rotor Gauges

The spinning rotor gauge (SRG) is a high-vacuum gauge often used as a secondary or transfer standard for vacuum pressures in the range of 1.0 x 10-4 Pa to 1.0 Pa. In this application, the SRGs are frequently transported to laboratories for calibration. Events can occur during transportation that change the rotor surface conditions, thus changing the calibration factor. To assure calibration stability, a spring-transport mechanism is often used to immobilize the rotor and keep it under vacuum during transport. It is also important to transport the spring-transport mechanism using packaging designed to minimize the risk of damage during shipping. In this manuscript, a detailed description is given on how to build a robust spring-transport mechanism and shipping container. Together these form a spring-transport package. The spring-transport package design was tested using drop-tests and the performance was found to be excellent. The present spring-transport mechanism design keeps the rotor immobilized when experiencing shocks of several hundred g (g = 9.8 m/sec2 and is the acceleration due to gravity), while the shipping container assures that the mechanism will not experience shocks greater than about 100 g during common shipping mishaps (as defined by industry standards).

Here we describe how to build a robust spring-transport mechanism for a spinning rotor gauge. This device securely immobilizes the rotor and keeps it under vacuum during transportation. We also describe packaging that minimizes the risk of damage during transport. Tests show our design works for typical shocks during transport.

Nasıl Rotor Gauges Spinning için Vakum İlkbahar-taşıma Paketi kurmak için

The spinning rotor gauge (SRG) is a high-vacuum gauge often used as a secondary or transfer standard for vacuum pressures in the range of 1.0 x 10-4 Pa to ...

Measurement of Outgassing Rates of Steels

Steels are commonly used materials in the fabrication of vacuum systems because of their good mechanical, corrosion, and vacuum properties. A variety of steels meet the criterion of low outgassing required for high or ultrahigh vacuum applications. However, a given material can present different outgassing rates depending on its manufacturing process or the various pretreatment processes involved during the fabrication. Thus, the measurement of outgassing rates is highly desirable for a specific vacuum application. For this reason, the rate-of-pressure rise (RoR) method is often used to measure the outgassing of hydrogen after bakeout. In this article, a detailed description of the design and execution of the experimental protocol involved in the RoR method is provided. The RoR method uses a spinning rotor gauge to minimize errors that stem from outgassing or the pumping action of a vacuum gauge. The outgassing rates of two ordinary steels (stainless steel and mild steel) were measured. The measurements were made before and after the heat pretreatment of the steels. The heat pretreatment of steels was performed to reduce the outgassing. Extremely low rates of outgassing (on the order of 10&#8722;11 Pa m3 sec&#8722;1 m&#8722;2) can be routinely measured using relatively small samples.

A protocol for the measurement of outgassing rates of hydrogen from ordinary steel vacuum chambers using the rate-of-pressure rise method is presented.

Çelikler gaz çıkışının Oranları Ölçümü

Steels are commonly used materials in the fabrication of vacuum systems because of their good mechanical, corrosion, and vacuum properties. A variety of ...

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.

A tek eksenli sıkıştırma deney ile CO2-rulman kömür kullanarak bir Visualized ve Constant-hacim gaz-katı kavrama test sistemi

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

Çevre

An Analog Macroscopic Technique for Studying Molecular Hydrodynamic Processes in Dense Gases and Liquids

An analog, macroscopic method for studying molecular-scale hydrodynamic processes in dense gases and liquids is described. The technique applies a standard fluid dynamic diagnostic, particle image velocimetry (PIV), to measure: i) velocities of individual particles (grains), extant on short, grain-collision time-scales, ii) velocities of systems of particles, on both short collision-time- and long, continuum-flow-time-scales, iii) collective hydrodynamic modes known to exist in dense molecular fluids, and iv) short- and long-time-scale velocity autocorrelation functions, central to understanding particle-scale dynamics in strongly interacting, dense fluid systems. The basic system is composed of an imaging system, light source, vibrational sensors, vibrational system with a known media, and PIV and analysis software. Required experimental measurements and an outline of the theoretical tools needed when using the analog technique to study molecular-scale hydrodynamic processes are highlighted. The proposed technique provides a relatively straightforward alternative to photonic and neutron beam scattering methods traditionally used in molecular hydrodynamic studies.

An experimentally accessible analog method for studying molecular hydrodynamic processes in dense fluids is presented. The technique uses particle image velocimetry of vibrated, high-restitution grain piles and allows direct, macroscopic observation of dynamical processes known and predicted to exist in strongly interacting, high density gases and liquids.

Moleküler hidrodinamik süreçlerinde yoğun gaz ve sıvı için Analog bir makroskopik yüntem

An analog, macroscopic method for studying molecular-scale hydrodynamic processes in dense gases and liquids is described. The technique applies a ...

A Friction Testing-Bioreactor Device for Study of Synovial Joint Biomechanics, Mechanobiology, and Physical Regulation

In primary osteoarthritis (OA), normal 'wear and tear' associated with aging inhibits the ability of cartilage to sustain its load-bearing and lubrication functions, fostering a deleterious physical environment. The frictional interactions of articular cartilage and synovium may influence joint homeostasis through tissue level wear and cellular mechanotransduction. To study these mechanical and mechanobiological processes, a device capable of replicating the motion of the joint is described. The friction testing device controls the delivery of reciprocal translating motion and normal load to two contacting biological counterfaces. This study adopts a synovium-on-cartilage configuration, and friction coefficient measurements are presented for tests performed in a phosphate-buffered saline (PBS) or synovial fluid (SF) bath. The testing was performed for a range of contact stresses, highlighting the lubricating properties of SF under high loads. This friction testing device can be used as a biomimetic bioreactor for studying the physical regulation of living joint tissues in response to applied physiologic loading associated with diarthrodial joint articulation.

The present protocol describes a friction testing device that applies simultaneous reciprocal sliding and normal load to two contacting biological counterfaces.

Sinovyal Eklem Biyomekaniği, Mekanobiyoloji ve Fiziksel Regülasyon Çalışmaları için Bir Sürtünme Testi-Biyoreaktör Cihazı

In primary osteoarthritis (OA), normal 'wear and tear' associated with aging inhibits the ability of cartilage to sustain its load-bearing and lubrication ...

Biyomühendislik

Experimental Multiscale Methodology for Predicting Material Fouling Resistance

The buildup of fouling deposits in energy systems degrades their ability to transfer heat, reducing efficiency and causing operational issues such as localized corrosion. Each application presents its own challenges. In nuclear power generation, the buildup of CRUD (Chalk River Unidentified Deposits) induces unique, negative effects ranging from reduced heat transfer, to axial power shifting, to CRUD-induced localized corrosion (CILC), the last of which can cause sudden fuel failure. Knowledge of why CRUD forms and how to prevent its adhesion to nuclear fuel rods represents a major step towards eliminating it. This paper demonstrates a methodology to ascertain which materials may resist CRUD adhesion, thereby preventing its initiation and growth. It presents experiments targeted at multiple length scales: pool boiling (macroscale), which simulates CRUD initiation processes in a nuclear reactor, and atomic force microscope (AFM) force spectroscopy (microscale), which yields quantitative measurements of the adhesion between CRUD constituents and candidate CRUD-resistant materials. Early data from both sets of experiments show some correlation, suggesting that AFM force spectroscopy (AFM-FS) may be used to pre-screen materials for fouling resistance. So far, it appears that CRUD constituents adhere well to oxides, while carbides show both greatly reduced adhesion and no adherent CRUD in pool boiling experiments. The relationship between the AFM-FS measurements and the growth of CRUD in the pool boiling experiments may provide insight into the possible factors affecting fouling in nuclear reactors, eventually leading to its elimination.

Fouling, or corrosion product deposition, plagues numerous fields of energy production. At its core is adhesion between dissimilar materials. Understanding and controlling adhesion could reduce or eliminate fouling. This paper demonstrates pool boiling experiments (macroscale) and atomic force microscope force-spectroscopy measurements (microscale), which when in agreement, indicate fouling-resistance.

The buildup of fouling deposits in energy systems degrades their ability to transfer heat, reducing efficiency and causing operational issues such as ...