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

1. Alvo Fabricação e Montagem <ol><li> Máquina alvo cilindro de dimensões desejadas a partir da sólida. </li><li> Preparar a superfície do cilindro através da remoção de marcas de usinagem. Uma superfície difusa uniforme é preferível para PDV reflexão. Bons resultados têm sido obtidos com uma lixa húmida com luz&gt; 1200 grit. </li><li> Caracterizar os componentes alvo, ou seja, medir o seguinte: Comprimento do cilindro, diâmetro e espessura da parede (em vários locais) Comprimento projétil, diâmetro Ogiva comprimento, diâmetro Massa de todos os itens acima </li><li> Monte o anel de montagem do cilindro e PDV braço. </li><li> Monte as sondas PDV nas montagens cinemáticos e no braço PDV. </li><li> Inserir a ogiva no cilindro alvo, de modo que a parte traseira da ogiva é nivelada com a parte traseira do cilindro (isto deve ser feito numa oficina plana). Os três parafusos M3 são projetados para manter a ogiva no lugar enquanto permitindo que o cilindro &#39;casca de away &#39;durante a expansão. </li><li> Colocar o cilindro alvo no equipamento de montagem de modo que a entrada do cilindro está alinhada com a face dianteira do anel de montagem. Prenda o cilindro no lugar com 6 parafusos sem cabeça M4. </li><li> Instalar aparelho de aquecimento / arrefecimento e de títulos termopares ao longo do comprimento da parede exterior do cilindro. </li><li> Limpe o / APC (conector ponteira, o contato físico angular) FC conectores na extremidade das fibras sonda PDV com fibra pano de limpeza e verificar com um escopo de fibra. Isso é importante para reduzir o back-reflexão. </li><li> Usando um visível (660 nm) a laser Classe 3R aproximadamente alinhar as sondas de modo a que eles são normais para o cilindro (ou seja, a luz reflectida de volta sobre a outra sonda). </li><li> Montar um circuito refletividade básico usando um circulador. Ligue o laser nm Classe 1 1,550 na entrada 1, a sonda PDV na entrada 2 e um medidor de potência de entrada 3. Alinhe as sondas PDV, por sua vez, de modo que o poder devolvido é maximizada. </li></ol><ol><li> Usando o bujão e o tambor micrómetros de profundidade alinhar o anel de alvo para o fim do barril para minimizar o impacto de inclinação. </li><li> Instalar o sistema de mitigação fragmento e à protecção porta. </li><li> Coloque a ficha alinhamento alvo no barril. </li><li> Instale o conjunto alvo e alinhar para a ficha. </li><li> Instalar o gatilho fazem par na extremidade do cano e ligar-se ao hardware de temporização e de diagnóstico. Medir a distância do contacto com o gatilho de impacto do projéctil na ogiva. </li><li> Instale os espelhos que giram para a fotografia de alta velocidade. </li><li> Alinhe os espelhos para dar uma visão ortogonal do cilindro através dos portos de tanques-alvo e bloquear no lugar. </li><li> Alinhe a radares de velocidade e lâmpadas de flash de alta fora do tanque de destino. Olhando para o cano, coloque a câmera de alta velocidade e uma lâmpada de flash em três horas em relação ao cilindro. Coloque a câmera IVV, às 9 horas eoutra lâmpada de flash em 12 horas. Nesta configuração, a câmera de alta velocidade será front-iluminado para rastreamento de crack eo IVV irá fornecer imagens mostradas em silhueta para detecção de bordas. </li><li> Conecte aquecimento / resfriamento de equipamentos para alvejar e passagem da alimentação de vácuo. </li><li> ATENÇÃO: Com os óculos adequados e outras precauções ligar os lasers Classe IV, osciloscópios e sistemas PDV. </li><li> Verifique os níveis de energia que está sendo enviado para as sondas PDV. Com o sistema de PDV, normalmente usam cerca de 5 mW para cada sonda com 1 mW por canal para a referência. </li><li> Verifique o alinhamento das sondas PDV com um medidor de energia. Uma vez satisfeito com o uso do cartão de IR para medir o alinhamento, onde as sondas PDV está procurando na superfície do cilindro. </li><li> Ligue o laser de referência e verificar a qualidade dos sinais de batimento dadas por cada sonda. Ajuste o comprimento de onda do laser (s) para definir a frequência desejada de zero batida velocidade (definir esta em torno de 5 GHz). </li><li> Uma vez satisfeito com o objectivo de alignment, localização gatilho, câmera e alinhamento espelho, alinhamento sonda PDV e localização eo quadro de mitigação fechar o tanque de destino. </li><li> Remova o plugue de alinhamento; instalar o projétil. </li><li> Câmeras de instalação e iluminação (taxa de quadros, a exposição, horários) e realizar imagem de teste. Taxas de quadros típicos são em torno de 250 mil frames / seg para ambas as câmaras, com uma exposição de cerca de 0,5 ms. A primeira imagem é normalmente programado para coincidir com o momento do impacto. </li></ol> 3. Preparação Firing <ol><li> Instale os diafragmas pélvica que são aplicáveis ​​à pressão de disparo necessário. </li><li> Fechar a culatra e começar a evacuação dos tanques alvo. Alvo para um nível de vácuo na região de 50 mTorr. </li><li> Faça a configuração final de todos os diagnósticos (atrasos osciloscópio, gatilhos, as configurações da câmera etc.). Definir osciloscópios para PDV em 50 ms por divisão, 25 psec por ponto e um pré-trigger de 20% para dar uma janela de 500 ms. Acionar o oscilloscopes e câmaras de tempo zero, de tal modo que coincide com o tempo de impacto. </li><li> Teste de disparo Final; timings de seleção são precisos. </li><li> Ligue lasers; câmeras braço. </li><li> Quarto próximo; encravamentos e assegurando a laser de alta pressão estão na posição correcta. </li><li> Comece aquecimento / arrefecimento conforme necessário utilizando o software LabVIEW. </li><li> Carregue a arma para a pressão de disparo desejado. </li><li> Quando a pressão, fazer uma verificação final de que todos os sistemas de diagnóstico estão armados. </li><li> Isolar o aparelho de aquecimento ou arrefecimento. </li><li> Countdown &quot;3, 2, 1 FOGO.&quot; </li><li> Desabafar os tanques-alvo e captura. </li><li> Guarde todos os dados do osciloscópio e da câmera. </li></ol> 4. Pós Plano <ol><li> Encerre lasers e aguarde a arma para equalizar totalmente à atmosfera. </li><li> Abra o tanque de destino, recolher todos os fragmentos de metal e resolver o Ti-6Al-4V. </li></ol> Análise 5. Dados <ol><li> Realizar análise STFT no sistema operacional PDVcilloscope dados para reduzir a velocidade de história de acordo com a análise de Ao e Dolan 12. </li><li> Processo de dados de imagem de alta velocidade com o software tal como mencionado na tabela de equipamentos. A câmera metragem de alta velocidade irá fornecer tempo e esforço em fracasso e permitir a análise de formação de fissuras e crescimento. As imagens de silhueta IVV fornecer uma clara vantagem para examinar o perfil de deformação completa do cilindro. </li><li> Medir e pesar fragmentos recuperados. Selecione fragmentos com características interessantes, tais como fraturas presos e prepará-los para a microscopia. <ol><li> Seção, montagem, e polir os fragmentos; em seguida, analisar no microscópio eletrônico. Electron retroespalhamento difração fornece informações sobre a textura e microestrutura ao lado de imagens de elétrons secundários para sondar as superfícies de fratura e identificar o modo de falha. </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.

Este método permite a investigação de materiais com elevadas taxas de cargas de tracção ao longo de uma larga gama de temperaturas, a partir criogénico a ~ 1000 K, única para o seu design. No entanto, isso acrescenta certos desafios para a configuração e execução experimental. Em primeiro lugar, para optimizar o controlo da temperatura do inserto de ogiva tem de ser maquinado a partir de um material adequado. 4340 aço é usado aqui, embora qualquer aço de alta dureza de alta temperatura deve ser suficiente. Da mesma forma, como toda a unidade de expansão é agora originário do projéctil polímero isto tem de ser feito de um plástico não quebradiços, tais como o policarbonato de grau máquina neste trabalho. É importante ter um bom ajuste mecânico entre o inserto e o cilindro, para garantir um bom contacto térmico. Deve ser tomado cuidado, se o coeficiente de expansão térmica do cilindro alvo não está perto do inserto. Por exemplo, se o cilindro é quebradiço com uma baixa dilatação térmica (tal como uma cerâmica) tele expansão do inserto poderia danificar ou quebrar o mesmo cilindro. Pela mesma razão, o epoxi utilizado para ligar os termopares no cilindro deve ser capaz de resistir às temperaturas esperadas e o movimento do cilindro, uma vez que aquece / arrefece. Por fim, o isolamento térmico do alvo a partir do sistema de montagem é importante, caso contrário térmica mergulhe faz controle de temperatura difícil e pode começar a afetar negativamente as sondas PDV e alvo de alinhamento. As limitações dessa técnica são dependentes das instalações projétil de lançamento disponíveis. As taxas de deformação radial que podem ser obtidos são uma função da velocidade do projéctil e do diâmetro do cilindro. Cilindros menores precisam de velocidades de projéteis mais baixos, mas pode, então, limitar o número de fraturas observadas. A medição precisa da velocidade de expansão necessita de um sistema de velocimetria a laser de qualidade, como o PDV upshifted aqui ou um ponto VISAR múltipla. Futuro applicções são o estudo dos efeitos da temperatura sobre os mecanismos de fractura resultante comportamento de fragmentação e de materiais em altas taxas de deformação à tracção uniforme. Enquanto o ensaio é especialmente adequado para os metais, devido à superfície reflectora permitindo medições PDV poderia ser adaptado a uma variedade de materiais, se a superfície está preparada correctamente. Este trabalho em altas e baixas temperaturas está actualmente indisponível para outros mecanismos de acionamento para cilindros de expansão, e vai cumprimentar outros mecanismos de teste de tração permitindo mais e mais preciso população / calibração de modelos materiais e hydrocodes.

A falha dinâmica de um material é um aspecto importante do seu comportamento mecânico, em geral, e tem relevância para várias indústrias incluindo automóvel, aeroespacial e militar, para citar alguns. Enquanto a falha em baixas taxas de deformação-se tipicamente estudada por meio de testes de tensão convencional, em que uma longa amostra fina é carregada em tensão a partir das extremidades, a altas taxas de deformação tal geometria / configuração requer uma amostra a ser muito pequena, a fim de manter uma pseudo-equilíbrio mecânico durante todo o ensaio. No aparecimento de uma fenda única, o material circundante será relaxado, de forma eficaz parar o desenvolvimento de quaisquer locais de falha adjacentes. Isso limita o número de fraturas que podem ser observadas simultaneamente em qualquer um experimento, e impede que informações importantes sobre as estatísticas da falha a determinar. O teste do cilindro de expansão é uma técnica bem estabelecida para caracterizar a forma em que materials falhar e fragmento sob alta carga velocidade. No teste, um cilindro feito de material de interesse é carregado uniformemente ao longo da sua circunferência interna, lançar uma onda de tensão através da parede e fazendo com que o cilindro de expansão. Logo esta onda radial se dissipa e um uniforme de tração hoop estresse em torno da circunferência domina. Como a taxa de estresse e tensão é a mesma em torno do cilindro o comportamento fratura e fragmentação é regida exclusivamente pelas propriedades do material. O teste alivia o problema acima mencionado como os tipicamente grandes circunferências amostra promover a abertura de vários sites de falha sob tensão uniforme 1. O principal objectivo no desenvolvimento desta técnica experimental foi o de permitir o estudo do papel da temperatura no comportamento da fractura e fragmentação de um cilindro de expansão. O controlo da temperatura da amostra vai permitir que para a investigação de como a resistência à tracção dinâmico, mecanismo de fractura, e Fragmentação comportamento do material é afectada. Por exemplo, em metais, um aumento na temperatura pode causar uma mudança de frágil para dúctil fractura, acomodando trabalho mais plástico antes de finalmente falhar. Alguns materiais, tais como Ti-6Al-4V, também podem exibir cisalhamento localização 2. Embora a amostra deforma, o trabalho plástico gera calor. Se a taxa de amolecimento como um resultado deste aumento de temperatura é maior do que a taxa de trabalho de endurecimento a partir da deformação, uma instabilidade podem formar onde uma grande quantidade de deformação plástica ocorre num (banda de cisalhamento) banda muito localizada. Esta resposta é promovido em Ti-6Al-4V, devido à sua baixa condutividade térmica, e podem potencialmente limitar a sua eficácia para aplicações tais como blindagem leve. Esta nova abordagem de testes deve satisfazer dois critérios principais. Em primeiro lugar, o método deve produzir uma taxa de deformação radial da ordem de 4 a 10 seg -1, tipicamente visto em balística eeventos de impacto, para permitir a comparação com estudos anteriores que empregam sistemas de carregamento mais tradicionais. Em segundo lugar, o mecanismo de accionamento deve ser afetado pela temperatura da amostra para garantir a consistência entre os experimentos. Mecanismos de expansão cilindro iniciais usadas cargas explosivas, ou simplesmente encher o cilindro de amostras 3-5 diretamente ou através de um driver intermediário. Neste último caso, é utilizado um tampão 6, em que a amostra é colocada sobre um cilindro de aço que, por sua vez contém uma carga explosiva. A limitação é evidente que, como o cilindro de amostra contém o material rígido (sob a forma do explosivo) aquecer o cilindro também vai aquecer a carga. Enquanto isso não pode causar diretamente o início da carga muitos tipos de explosivo conter um material ligante polimérico que vai derreter fora do cilindro de amostra. Da mesma forma, alguns explosivos tornam-se altamente sensível quando resfriado. Isto significa que as unidades de explosivos não são adequados para estudos de temperatura. Uma alternativamétodo utiliza a força de Lorentz para a expansão - a amostra é colocada sobre uma bobina de condução 7, 8 uma corrente elevada é injectada no condutor este bobina (tipicamente pesada bitola de cobre), induzindo uma corrente oposta na amostra.. Estas correntes opostas têm associado os campos magnéticos que actuam umas contra as outras, a pressão de condução magnético a amostra para o exterior a partir da face interior. Mais uma vez, o aquecimento do material vai afectar adversamente a bobina de comando de cobre no interior da amostra. Canhões de gases foram utilizados para a expansão do cilindro desde o final dos anos 1970 9. Nestas experiências, o material usado para a inserção dentro do cilindro é um polímero, o accionamento vindo como um resultado tanto do projéctil e inserir deformar no momento do impacto. Esta inserção é, tipicamente, uma borracha ou de plástico 10, a resistência e ductilidade do que vai ser gravemente afectado pela temperatura. Aquecimento fará a inserção muito mole, e resfriamento irá torná-lo comportar-se de maneira frágil para que ele falhar prematuramente. <p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Ao contrário das técnicas de expansão do cilindro anteriores, o método aqui descrito é o primeiro a fornecer uma unidade de carregamento repetível ao longo de um intervalo amplo de temperaturas (100-1.000 K). A nossa técnica é única no facto de o material usado para a condução da expansão (no nosso caso o projéctil) é separada do cilindro, até o ponto de impacto. Por conseguinte, não é afectado pela temperatura inicial do cilindro de amostra e fornece uma carga repetível. A geometria experimental é constituído por um aço de ogiva montada no interior do cilindro de destino, com a ponta localizada a cerca de meio caminho ao longo do comprimento do cilindro. Uma arma único gás luz do estágio é então utilizado para lançar um projétil de policarbonato com uma face côncava para dentro do cilindro em velocidades de até 1.000 m / s -1. O eixo do alvo é cilindro é cuidadosamente alinhado em relação ao eixo do cilindro de gás-arma para facilitar uma carga uniforme e repetível. O fluxo de impacto e subsequente do poprojéctil lycarbonate em torno da ogiva aço pseudo-rígida, acciona o cilindro de expansão para dentro a partir da parede. A geometria da pastilha de ogiva e a face côncava do projéctil foram cuidadosamente optimizadas usando simulações por computador hidro-código para gerar a expansão desejada do cilindro. Usando 4340 ligas de aço para a ogiva permite experimentação com o cilindro à temperatura como a sua força é muito maior do que o projéctil policarbonato sobre o intervalo de temperatura de interesse, assegurando o mecanismo de accionamento permanece consistente. Ogivas recuperados a partir de experimentos aquecido e resfriado só exibem deformação mínima, como resultado do impacto. O aquecimento e o arrefecimento do cilindro amostra é conseguido pela instalação de equipamento de controlo da temperatura dentro de um rebaixo maquinado na parte traseira da peça inserta de ogiva. Por arrefecimento da amostra a temperaturas criogénicas (~ 100 K), no recesso da ogiva é selado com uma tampa de alumínio e de azoto líquido é flowed através da cavidade. À medida que o cilindro de destino tem uma grande área de contacto com a ogiva a amostra é arrefecida por condução. Para aquecer o cilindro alvo a temperaturas próximas de 1000 K, um aquecedor de cerâmica e nicrómio resistiva é colocada no recesso ogiva. Uma fonte de alimentação de alta corrente fornece até 1 kW, o aquecimento da ogiva e cilindro. O cilindro de ogiva e são isolados termicamente do alvo montar na fase única de gás-arma através do uso de espaçadores Macor cerâmica. O tanque também é realizada sob vácuo moderado (&lt;0,5 Torr) durante a experiência que ajuda manipulação térmica. A fim de diagnosticar o processo de fragmentação do cilindro, o delineamento experimental inclui vários canais de frequência de conversão PDV, para medir a velocidade de expansão em pontos ao longo do cilindro. VPD é uma técnica relativamente nova interferometria base 11, de fibra óptica, que permite a medição das velocidades de superfície durante eventos altamente dinâmicos. Durante uma medição PDV, Doppler deslocado luz reflectida a partir de uma superfície móvel de interesse, utilizando uma sonda de fibra óptica é combinada com luz deslocou-un, criando uma frequência de batimento que é directamente proporcional à velocidade da superfície em movimento. Essencialmente, um sistema de PDV é um interferômetro de Michelson rápido utilizando avanços em infravermelho próximo (1.550 nm), tecnologia de comunicações para bater o recorde frequências na faixa GHz. O sistema de montagem para os 100 mm de comprimento focal PDV sondas utilizadas no presente estudo assegura que eles são isolados a partir da temperatura do cilindro e proporciona o alinhamento fácil. Uma vantagem adicional de utilizar as sondas de 100 milímetros de comprimento focal é que eles proporcionam o acesso óptico suficiente para permitir que a fotografia de alta velocidade para medir o perfil de expansão de todo o cilindro. A disposição e localização do quatro sondas, AD, ao longo do cilindro é mostrado na Figura 1 Duas câmaras de alta velocidade são utilizados aqui.; uma câmera de vídeo de alta velocidade Fantasma V16.10 operando a 250,000 fps e um IVV UHSi câmera 12/24 enquadramento, a captura de 24 imagens. A câmara IVV é iluminado de modo que o cilindro é iluminado em silhueta permitindo a expansão radial da borda do cilindro para ser rastreado com precisão. A câmera frontal Fantasma é iluminado imagem latente o processo de iniciação fracasso e fragmentação. A fotografia de alta velocidade pode então ser correlacionados com a velocimetria a dar tensão e velocidade de deformação ao longo da amostra completa. A imagem de alta velocidade também permite uma medida precisa da estirpe falha e os padrões de fractura ao longo da superfície. A técnica experimental apresentada na secção protocolo seguinte fornece um meio de controlar a temperatura da amostra de uma experiência cilindro de expansão, através da qual diferentes mecanismos de fractura pode ser activado ou suprimido. Esta técnica irá conduzir a uma melhor compreensão do papel da temperatura em cenários de carga dinâmicas.

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

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

A fratura dinâmica de um corpo é um fenômeno em estágio final tipicamente estudados em condições simplificadas, no qual uma amostra é deformado sob uniforme e taxa de deformação. Isto pode ser produzido através do carregamento de maneira uniforme a superfície interior de um cilindro. Devido à simetria axial, como o cilindro se expande a parede é colocada num aro de tracção tensão que é uniforme em torno da circunferência. Embora haja várias técnicas para gerar esta expansão, como explosivos unidade electromagnética, e técnicas de arma de gás existentes que são todos limitados no facto de o cilindro de amostra devem estar à temperatura ambiente. Nós apresentamos um novo método utilizando uma pistola de gás que facilita experiências com cilindros de 150 K a 800 K com uma carga consistente e repetível. Estas experiências altamente diagnóstico são utilizados para examinar o efeito da temperatura sobre os mecanismos responsáveis ​​pela falha de fractura, e a sua influência resultante sobre as estatísticas de fragmentação. A geometria experimental emprega umogiva de aço localizado no interior do cilindro de destino, com a ponta localizado a meio caminho. Uma arma de gás luz do estágio único é então utilizado para lançar um projétil de policarbonato para dentro do cilindro a 1.000 m / s -1. Os impactos de projécteis e flui em torno da ogiva rígida, a condução do cilindro de amostra a partir do interior. O uso de uma inserção de ogiva não deformando permite instalar o hardware de controlo da temperatura no interior da parte traseira do cilindro. Azoto líquido (LN2) é utilizado para o arrefecimento e uma elevada carga de corrente para o aquecimento resistivo. Vários canais de upshifted velocimetria Doppler fóton (PDV) acompanhar a velocidade de expansão ao longo do cilindro permitindo comparação direta com simulações de computador, enquanto imagiologia de alta velocidade é utilizado para medir a tensão ao fracasso. Os fragmentos de cilindros recuperados também estão sujeitas a microscopia óptica e eletrônica para determinar o mecanismo de falha.

A qualidade dos dados em primeiro lugar irá depender do tempo experimental. Se os atrasos de gatilho para impacto estão corretas, em seguida, as lâmpadas de flash estará produzindo luz suficiente quando o cilindro alvo começa a deformar-se, permitindo que as câmeras de alta velocidade para produzir imagens claras. Neste caso, as imagens da câmara moldação terá uma borda silhueta claro que pode ser usado para controlar a deformação de todo o cilindro. Software como o ImageJ pode ser usado para extrair alinhamento lateral de dados para cada estrutura, produzindo uma imagem como na Figura 2. Idealmente o PDV será capaz de controlar a velocidade de expansão para ~ 100 ms, este dependerá do acabamento da superfície do cilindro e o alinhamento da sonda. Para uma dada experiência os dados PDV lineout e pode ser validada contra o outro utilizando os quatro pontos conhecidos do PDV na imagem. Com esta combinação de uma medida precisa do raio radial ou distensão em qualquer ponto ao longo do comprimento do cilindro pode serextraiu-se. A Figura 3 regista a velocidade de expansão radial em dois pontos ao longo do comprimento do cilindro, comparando as experiências a 150 K e 800 K. Podemos ver que o cilindro arrefecido com menos de desaceleração após o pico de velocidade, sugerindo fractura levando iniciou mais cedo para uma perda de força no cilindro. A velocidade radial é, então, integrado ao longo do tempo para reduzir o deslocamento radial nos pontos observados por as sondas. A Figura 4 mostra um exemplo desta para o cilindro arrefecido. As imagens do vídeo de alta velocidade deve ser suficientemente claro para discernir iniciação fractura e propagação de fendas, como se vê na Figura 5. A partir disto, extrair a activação temporal da fractura e deve extrapolar o número de fissuras em torno do cilindro com o tempo como o outro lado o cilindro não está visível para a câmara. A Figura 5 é um exemplo de uma imagem bem iluminada, mostrando várias fracturas longitudinais ao longo do cilindro. <pclass = &quot;jove_content&quot;&gt; Os vídeos anexados são exemplos de como a qualidade da imagem é afetada pela taxa de quadros - um menor tempo interframe produz vez mais precisa da fratura, mas a resolução reduzida pode tornar difícil de controlar com precisão a propagação de fissuras. A quantidade de compromisso nesta área vai ser determinada pela câmara de hardware disponíveis, a iluminação e as lentes e a taxa de deformação no cilindro (ou seja, a escala de tempo que o processo de fragmentação ocorre ao longo). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52463/52463fig1.jpg"/> Figura 1:. Geometria Experimental Top, deixou: montagem básica, mostrando a localização de sondas PDV ao longo do cilindro. Top, direita: modificações ogiva para arrefecimento e aquecimento do cilindro. Inferior: experimento aquecida cilindro instalado no injetor de gás. Cabos pretos são de energia para a bobina de aquecimento. Cabos de branco / preto finas são termopares. Sondas PDV<html> são visíveis na parte inferior. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52463/52463fig1highres.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52463/52463fig2.jpg"/> Figura 2: dados LINEOUT extraídos de imagens de alta velocidade de um 300 K expansão experimento cilindro a uma série de vezes após o impacto. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/52463/52463fig3.jpg"/> Figura 3:. Velocidade de expansão radial medido com PDV em dois pontos ao longo do cilindro por uma de 150 K (sólido) e 800 K (pontilhada) a expansão do cilindro arrefecida O cilindro tem menos de desaceleração após a fractura sugerindo velocidade de pico foi iniciado mais cedo. ig4.jpg &quot;/&gt; Figura 4: 150 K cilindro de expansão linhas sólidas:. Tensão radial acumulada em quatro pontos ao longo do comprimento do cilindro. As linhas pontilhadas: número de locais de fratura visíveis a partir dos dados da câmera de alta velocidade. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/52463/52463fig5.jpg"/> Figura 5:. Extrato de vídeo de alta velocidade (vídeo 1) registrou 150 K expansão cilindro. Vídeo 1: vídeo de alta velocidade de um experimento 150 K cilindro de expansão Projétil velocidade de 1.000 m / s.. Framing:. 1 imagem cada exposição de 10 ms, 0,7 ms <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52463/Video1.mov" target="_blank">Por favor clique aqui para ver este vídeo.</a> Vídeo 2: video de alta velocidade de um experimento 650 K cilindro de expansão Projétil velocidade de 1.000 m / s.. Framing: 1 frame a cada 4,7 ms, 0,7 ms eXposure. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52463/Video2.mov" target="_blank">Por favor clique aqui para ver este vídeo.</a>

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

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

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

Um Método de Estudar a dependência da temperatura da fratura dinâmica e fragmentação

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

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

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Mechanical Engineering

Physics

Engineering

Unit 1

Concept of Stress

Temperature and Heat

SCIENTISTS IN ACTION

8.5K visualizações.  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.

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

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

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

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

Síntese e microdiffraction a pressões e temperaturas extremas

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

Engenharia

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.

Experimento de alta pressão, alta temperatura de deformação usando o aparato de Griggs-tipo de nova geração

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 ...

Ambiente

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

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

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

Distribuição de estresse durante a compressão fria de rochas e minerais agregados usando difração de raio x do Synchrotron-baseado

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

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

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

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

Aquecimento a laser e espectrometria de radiância para o estudo de materiais nucleares em condições que simulam um acidente em uma usina nuclear

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

Química

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.

Um experimento de compactação uniaxial com carvão de rolamento de CO2usando um sistema de teste de acoplamento de gás sólido de volume visualizado e constante

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Métodos de Ex Situ e In Situ investigações de transformações estruturais: O caso de cristalização de vidros metálicos

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

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

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

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

O Papel do Tecido nas Propriedades Friccionais das Falhas Tectônicas Ricas em Filosilicato

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

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

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

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

Medições de tensão de campo integral para fadiga Microstructurally pequena rachadura propagação usando o método de correlação de imagem Digital

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

Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests

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

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

Realização de testes de corte em forma de Y montados no microscópio

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