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

1. Ziel Fertigung und Montage <ol><li> Maschinenzielzylinder zu gewünschten Abmessungen aus festen Lager. </li><li> Bereiten Sie die Zylinderoberfläche durch Entfernen Bearbeitungsspuren. Eine gleichförmige diffuse Oberfläche ist bevorzugt PDV Reflexion. Gute Ergebnisse wurden mit einer leichten Nassschliff mit&gt; 1.200 Körnung erhalten. </li><li> Charakterisieren Sie die Zielbestandteile, dh, messen Sie das folgende: Zylinderlänge, Durchmesser und Wandstärke (an mehreren Standorten) Projektil Länge, Durchmesser Ogive Länge, Durchmesser Masse aller oben </li><li> Bauen Sie die Zylinderbefestigungsring und PDV Arm. </li><li> Montieren Sie die PDV-Sonden in den kinematischen Halterungen und auf die PDV Arm. </li><li> Einfügen der Ogive im Zielzylinders, so daß das hintere Ende des Spitzbogens bündig mit der Rückseite des Zylinders (dies sollte auf einem flachen Werkstatt durchgeführt werden). Die drei Schrauben M3 sind auf der Ogive in Position zu halten und gleichzeitig den Zylinder zu &quot;peel away &#39;während der Expansion. </li><li> Platzieren des Zielzylinders im Befestigungsmaterial, so dass der Eingang des Zylinders bündig mit der Vorderfläche des Befestigungsringes. Sichern Sie den Zylinder an Ort und Stelle mit 6 M4 Madenschrauben. </li><li> Installieren Sie Heiz- / Kühlgerät und Anleihethermoelemente entlang der Länge des Zylinderaußenwand. </li><li> Reinigen Sie die FC / APC (Zwinge Stecker, gewinkelt Körperkontakt) Anschlüsse am Ende der PDV-Sonde Fasern mit Reinigungstuch und überprüfen Sie mit einem Faserumfang. Dies ist wichtig, um eine Rückreflexion zu verringern. </li><li> Verwendung eines sichtbaren (660 nm) Laserklasse 3R grob auszurichten der Sonden, so daß sie senkrecht zu der Zylinder sind (dh, das reflektierte Licht fällt wieder auf die Sonde). </li><li> Bauen Sie ein Grundreflexionsschaltung unter Verwendung einer Umwälzpumpe. Schließen Sie das Class 1 1.550 nm Laser an Eingang 1, dem PDV Sonde an Eingang 2 und einem Leistungsmesser zur Eingabe 3. Richten Sie die PDV-Sonden wiederum so, dass der Netzzurück maximiert wird. </li></ol><ol><li> Unter Verwendung der Klinkenstecker und die Tiefenmikrometer ausrichten Zielring bis zum Ende des Laufes zu Auswirkungen Neigung zu minimieren. </li><li> Installieren Sie das Fragment Minderungssystem und die Tür Schutz. </li><li> Legen Sie die Zielausrichtung Stecker in den Lauf. </li><li> Installieren Sie die Zielanordnung und richten Sie an den Stecker. </li><li> Installieren Sie den Auslöser make Paar am Ende der Trommel und eine Verbindung zum Hardware-Timing und Diagnostika. Den Abstand von der Berührung mit dem Auslöser zum Aufprall des Geschosses auf der Ogive. </li><li> Installieren Sie die Drehspiegel für High-Speed-Fotografie. </li><li> Richten Sie die Spiegel, um eine orthogonale Ansicht des Zylinders durch den Zielbehälter-Ports geben und einrasten. </li><li> Richten Sie den High-Speed-Kameras und Blitzlampen außerhalb der Zieltank. Blick in den Lauf, setzen Sie den High-Speed-Kamera und einer Blitzlampe bei 3 Uhr gegenüber dem Zylinder. Setzen Sie den IVV-Kamera bei 9 Uhr undein anderer Blitzlampe bei 12 Uhr. In dieser Konfiguration wird der Hochgeschwindigkeitskamera vorne beleuchteten zur Rissverfolgung und die IVV wird silhouetted Bilder für Kantenerkennung bieten. </li><li> Schließen Sie Heiz- / Kühlanlagen zum Ziel und Vakuumdurchführungen. </li><li> ACHTUNG: Mit der entsprechenden Brillen und andere Vorsichtsmaßnahmen schalten Sie die Klasse IV Laser, Oszilloskope und PDV-Systeme. </li><li> Überprüfen Sie die Leistungspegel an den PDV Sonden gesendet. Mit der PDV-System, in der Regel verwenden um 5 mW zu jeder Sonde mit 1 mW pro Kanal für den Hinweis. </li><li> Überprüfen Sie die Ausrichtung der PDV-Sonden mit einem Leistungsmesser. Einmal mit der Ausrichtung Mit IR Karte zufrieden zu messen, wo die PDV-Sonden werden auf der Zylinderoberfläche suchen. </li><li> Schalten Sie das Referenzlaser und überprüfen die Qualität der Überlagerungssignale von jeder Sonde gegeben. Stellen Sie die Wellenlänge des Lasers (n), um die gewünschte Geschwindigkeit Null Schwebungsfrequenz gesetzt (setzen Sie diese um 5 GHz). </li><li> Einmal mit der Ziel ali zufriedengnment, Triggerstelle, Kamera und Spiegelausrichtung, PDV Sonde Ausrichtung und Lage und die Milderung Rahmen schließen Sie die Zielbehälter. </li><li> Entfernen Sie die Ausrichtung Stecker; Installieren Sie das Projektil. </li><li> Setup-Kameras und Beleuchtung (Bildrate, Belichtung, Zeitpunkte) und führen Test Bildgebung. Typische Bildraten sind rund 250.000 Bilder / s für beide Kameras mit einer Belichtungszeit von etwa 0,5 &amp; mgr; s. Das erste Bild wird normalerweise zeitlich mit dem Zeitpunkt des Aufpralls zusammenfallen. </li></ol> 3. Firing Vorbereitung <ol><li> Installieren Sie die Verschlussblenden, die für den Aktivierungsdruck erforderlich sind. </li><li> Schließen Sie den Verschluss und beginnen Evakuierung der Zielbehälter. Ziel für eine Unterdruckniveau in der Region von 50 mTorr. </li><li> Durchführung der endgültigen Einstellung aller Diagnostik (Oszilloskop Verzögerungen, Trigger, Kameraeinstellungen etc.). Set-Oszilloskope für PDV bei 50 &amp; mgr; s pro Teilung, 25 ps pro Punkt und eine Pretrigger von 20%, um eine 500 &amp; mgr; s Fenster geben. Auslöser der oscilloscopes und Kameras, so dass Null-Zeit identisch mit dem Zeitpunkt des Aufpralls. </li><li> Schlussauslösetest; Check Zeiten sind korrekt. </li><li> Schalten Sie Lasern; Arm-Kameras. </li><li> Schließen Zimmer; Sicherstellung Laser und Hochdruckverriegelungen sind in die richtige Position. </li><li> Beginnen Heizen / Kühlen, wie mit Hilfe der LabVIEW-Software erforderlich. </li><li> Laden Sie die Pistole auf die erforderliche Aktivierungsdruck. </li><li> Wenn bei einem Druck, machen eine letzte Kontrolle, dass alle Diagnosesysteme sind bewaffnet. </li><li> Isolieren Sie die Heiz- oder Kühlvorrichtung. </li><li> Countdown &quot;3, 2, 1 Feuer&quot;. </li><li> Vent die Zielerfassung und Tanks. </li><li> Speichern Sie alle Oszilloskop und Kameradaten. </li></ol> 4. Beitrag Aufnahme <ol><li> Fahren Sie Lasern und warten, bis die Waffe voll auf Atmosphäre auszugleichen. </li><li> Öffnen Sie die Zielbehälter, sammeln Sie alle Metallteile und sortieren, die Ti-6Al-4V. </li></ol> 5. Datenanalyse <ol><li> Führen STFT-Analyse auf der PDV-oscilloscope Daten, um die Geschwindigkeit der Geschichte nach der Analyse von Ao und Dolan 12 zu reduzieren. </li><li> Verfahren Hochgeschwindigkeitsbilddaten mit einer Software, wie beispielsweise in der Hardware-Tabelle genannt. Die High-Speed-Kamera-Aufnahmen wird Zeit und Bruchdehnung liefern und die eine Analyse der Rissbildung und Wachstum. Die Silhouette Bilder von der IVV eine klare Kante, um die volle Deformationsprofil des Zylinders zu prüfen. </li><li> Messen und wiegen erholt Fragmente. Wählen Fragmente mit interessanten Features wie verhaftet Frakturen und bereiten sie für die Mikroskopie. <ol><li> Section, montieren und polieren die Fragmente; dann analysiert im Elektronenmikroskop. Electron Backscatter Diffraction bietet Informationen über Struktur und Mikrostruktur neben Sekundärelektronen-Bildgebung, um die Bruchflächen zu untersuchen und zu identifizieren, die Fehlermodus. </li></ol></li></ol>

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	<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.

Dieses Verfahren ermöglicht die Untersuchung von Werkstoffen bei hohen Zugbelastung über einen weiten Temperaturbereich von Tieftemperatur bis ~ 1.000 K, einzigartig in diesem Design. Dies erhöht jedoch gewisse Herausforderungen für den Versuchsaufbau und Durchführung. Erstens die Optimierung der Temperatursteuerung die Ogive Einsatz muss aus einem geeigneten Material gefertigt werden. 4340 Stahl wird hier verwendet, obwohl jede Hochtemperatur-Härte Stahl sollte ausreichen. Ebenso, da die gesamte Expansion ist nun...

Die dynamische Ausfall eines Materials ist ein wichtiger Aspekt seiner Gesamt mechanische Verhalten und hat Relevanz für zahlreiche Branchen, darunter Automotive, Luft- und Raumfahrt und Militär, um nur einige zu nennen. Beim Versagen bei niedrigen Verformungsraten wird typischerweise durch konventionelle Zugtests, in dem eine lange dünne Probe unter Spannung von den Enden geladen wird, bei hohen Dehnraten sucht solche Geometrie / Konfiguration erfordert eine Probe, um eine Aufrechterhaltung sehr klein zu sein pseudo-mechanischen Gleichgewicht während der gesamten Prüfung. Beim Auftreten eines einzelnen Risses, wird das umgebende Material gelockert werden, effektiv Anhalten der Entwicklung von irgendwelchen benachbarten Ausfall Webseiten. Dies begrenzt die Anzahl der Frakturen, die gleichzeitig in einem Experiment beobachtet werden kann, und verhindert, dass wichtige Informationen bezüglich der Spiel Ausfall zu bestimmen. Der Spreizzylinder Test ist eine gut etablierte Technik für die Charakterisierung der Art und Weise, Materials scheitern und Fragment unter hoher Geschwindigkeit geladen. In dem Test wird ein Zylinder aus dem Material von Interesse gemacht gleichmäßig entlang seinem Innenumfang geladen, die Einleitung einer Spannungswelle durch die Wand und Bewirken der Zylinder expandieren. Bald wird diese radiale Wellen abführt und eine gleichmäßige Zug- Ringspannung um den Umfang beherrscht. Da die Spannungs- und Dehnungsrate dieselbe um den Zylinder und die Bruchfragmentierungsverhalten wird allein durch die Eigenschaften des Materials bestimmt. Der Test lindert das oben genannte Problem, da die in der Regel großen Probenumfängen fördern Einleitung Mehrfachversagen Websites unter gleichmäßige Spannungs 1. Das Hauptziel bei der Entwicklung dieser Untersuchungen wurden über die Untersuchung der Rolle der Temperatur bei der Bruch und Fragmentierungsverhalten eines expandierenden Zylinders zu ermöglichen. Die Steuerung der Probentemperatur wird für die Untersuchung, wie die dynamische Zugfestigkeit, Bruchmechanismus und fragm ermöglichenentation Verhalten des Materials beeinträchtigt wird. Zum Beispiel in Metallen kann eine Temperaturerhöhung eine Verschiebung von spröde Verformungsbruch verursachen, Aufnahme plastischer Arbeit, bevor letztlich scheitern. Einige Materialien, wie beispielsweise Ti-6Al-4V kann auch aufweisen adiabatischen Scherlokalisierungs 2. Während die Probe verformt, erzeugt das Kunststoffwerk Wärme. Wenn die Rate der Erweichung als Ergebnis dieser Temperaturanstieg größer als die Geschwindigkeit der Verfestigung von der Verformung ist, kann eine Instabilität zu bilden, wo eine große Menge an Kunststoffverformung in einer sehr lokalisierten Band (adiabatische Scherb) auftritt. Diese Antwort wird in Ti-6Al-4V aufgrund ihrer schlechten Wärmeleitfähigkeit gefördert und kann dessen Wirksamkeit potentiell beschränken für Anwendungen wie leichte Panzerung. Diese neue Testansatz müssen zwei Hauptkriterien erfüllen. Erstens muss die Methode eine radiale Verformungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 10 4 sec -1 erzeugen, in der Regel in ballistischen gesehen undSchlagereignisse, um einen Vergleich zu früheren Studien mit mehr traditionellen Ladesystemen zu ermöglichen. Zweitens muss der Antrieb von der Probentemperatur nicht beeinflusst, um die Kohärenz zwischen den Experimenten zu gewährleisten. Initial Zylinder Ausfahrmechanismen verwendet Sprengladungen, entweder einfach direkt Füllen der Probenzylinder 3-5 oder unter Verwendung eines Zwischentreibers. Im letzteren Fall wird ein Puffer verwendet, 6, wobei die Probe über einen Stahlzylinder, der wiederum eine Sprengladung enthält, platziert. Die offensichtliche Beschränkung ist, dass, wenn die Probe Zylinder enthält die Antriebs Material (in der Form des Sprengstoffs) Erhitzen des Zylinders wird auch die Ladung aufzuheizen. Auch wenn dies nicht direkt Initiierung der Ladung führen, dass viele Arten von Sprengstoff enthalten ein polymeres Bindemittel, das aus dem Probenzylinder schmilzt. Ebenso einige Sprengstoffe werden hochempfindliche, wenn gekühlt. Dies bedeutet, dass explosive Antriebe geeignet für Temperatur Studie nicht. Eine AlternativeMethode verwendet die Lorentz-Kraft für die Expansion - die Probe wird über eine Treiberspule 7, 8 platziert ein hoher Strom in diese Antriebsspule (typischerweise dickem Kupferdraht) eingespritzt wird, induziert eine entgegengesetzte Strom in der Probe.. Diese gegensätzlichen Strömungen assoziiert Magnetfeldern, die gegeneinander wirken, der magnetische Druck Antrieb der Probe nach außen von der Innenfläche. Auch Erhitzen des Materials beeinträchtigen die Kupferantriebsspule im Inneren der Probe. Gaspistolen haben für Zylinder Expansion seit den späten 1970er Jahren 9 verwendet. In diesen Experimenten wurde die für den Einsatz in dem Zylinder verwendete Material ist ein Polymer, das Laufwerk kommt als Folge sowohl des Projektils und legen Verformen Wirkung. Dieser Einsatz ist typischerweise ein Gummi oder Kunststoff 10 wird die Festigkeit und Duktilität von denen durch die Temperatur stark beeinflußt werden. Heizung machen den Einsatz zu weich, und Kühlen wird es in einem spröden Weise zu verhalten, damit es nicht zu früh. <p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Im Gegensatz zu früheren Zylinder Expansionstechniken, ist das hier beschriebene Verfahren der Erste, der eine wiederholbare Loading Laufwerk über einen weiten Temperaturbereich (100-1000 K) bereitzustellen. Unsere Technik ist in der Tatsache, dass die für den Antrieb des Expansions (in unserem Fall das Projektil) verwendete Material getrennt von dem Zylinder bis zum Aufprallpunkt ist einzigartig. Folglich ist es unabhängig von der Ausgangstemperatur der Probenzylinder und stellt eine wiederholbare Last. Die experimentelle Geometrie besteht aus einem Stahl Ogive innerhalb der Zielzylinder angebracht, wobei die Spitze etwa auf halbem Weg entlang der Länge des Zylinders. Eine einstufige Leichtgaskanone wird dann verwendet, um ein Polycarbonat Projektil mit einer konkaven Fläche in den Zylinder bei Geschwindigkeiten bis zu 1.000 m / sec -1 starten. Die Achse des Targets Zylinder vorsichtig zu der Achse des gasGewehrLauf ausgerichtet sind, um eine reproduzierbare und gleichmäßige Belastung zu erleichtern. Die Auswirkungen und anschließende Strömung des polycarbonate Projektils um die pseudo-starren Stahl Ogive, treibt den Zylinder in Expansion von der Innenwand. Die Geometrie des Spitzeinsatz und der konkaven Fläche des Projektils wurden sorgfältig optimierten Verwendung hydro-Code Computersimulationen, um die gewünschte Expansion der Flasche zu erzeugen. Verwendung 4340 Stahllegierung für die Ogive ermöglicht Experimente mit dem Zylinder bei einer Temperatur als seine Stärke ist viel höher als die Polycarbonat Geschosses über den Temperaturbereich von Interesse, wodurch der Antriebsmechanismus konsistent bleibt. Ogives von beheizten und gekühlten Experimenten gewonnen weisen nur minimale Verformung infolge des Aufpralls. Das Erwärmen und Abkühlen des Probenzylinder wird durch den Einbau von Temperatursteuereinrichtungen in einer bearbeiteten Ausnehmung in der Rückseite des Spitzeinsatz erreicht. Zum Kühlen der Probe auf kryogene Temperaturen (~ 100 K), ist die Aussparung in der Ogive mit einem Aluminiumdeckel verschlossen und mit flüssigem Stickstoff ist fdingt beachtet durch den Hohlraum. Als Zielzylinder hat einen großen Kontaktbereich mit der Ogive die Probe wird durch Wärmeleitung gekühlt. Um den Zielzylinder zu Temperaturen von annähernd 1.000 K zu erhitzen, ist ein Keramikmaterial und Nichrom-Widerstandsheizung in der Ogive Aussparung platziert. Eine hohe Stromnetzteil liefert bis zu 1 kW, Erhitzen der Spitzbogen und Zylinder. Der Zylinder und Ogive thermisch vom Target getrennt Lagers im einstufigen Gaspistole durch den Einsatz von MACOR keramischen Abstandshaltern. Der Tank ist auch unter mäßigem Vakuum (&lt;0,5 Torr) während des Versuchs, die thermische Manipulation hilft statt. Um die Fragmentierung des Zylinders zu diagnostizieren, das experimentelle Design umfasst mehrere Kanäle von Frequenzwandlung PDV, um die Ausbreitungsgeschwindigkeit an den Punkten entlang des Zylinders zu messen. PDV ist eine relativ neue 11, Glasfaser basiert Interferometrie, welche die Messung der Oberflächengeschwindigkeit während der hochdynamischen Ereignissen ermöglicht. Während eines PDV Messung, verschoben Doppler Licht von einer sich bewegenden Fläche von Interesse reflektiert Verwendung einer faseroptischen Sonde mit nicht-verschobene Licht kombiniert, wodurch ein Schwebungsfrequenz, die direkt proportional zu der Geschwindigkeit der sich bewegenden Oberfläche ist. Im Wesentlichen ist eine PDV-System eine schnelle Michelson-Interferometer mit Fortschritten in der Nah-Infrarot (1.550 nm) Kommunikationstechnologie auf Rekordschwebungsfrequenzen im GHz-Bereich. Das Befestigungssystem für die 100 mm Brennweite PDV Sonden in der vorliegenden Studie verwendet wird sichergestellt, dass sie von der Temperatur des Zylinders isoliert und bietet eine einfache Ausrichtung. Ein zusätzlicher Vorteil der Verwendung der 100 mm Brennweite Sonden ist, dass sie einen ausreichenden optischen Zugang zum Aktivieren einer Hochgeschwindigkeitskamera, um das Dehnungsprofil des gesamten Zylinder zu messen. Die Anordnung und Lage der vier Sonden, AD, längs des Zylinders ist in 1 gezeigt zwei Hochgeschwindigkeitsgeräte werden hier eingesetzt. ein Hochgeschwindigkeits-Videokamera Phantom V16.10, die bei 250.000 fps und einer IVV UHSi 12/24 Framing Camera, Erfassung 24 Bilder. Die IVV Kamera ist hinterleuchtet, so dass der Zylinder in der Silhouette ermöglicht die radiale Ausdehnung Rand des Zylinders beleuchtet genau verfolgt werden. Die Phantom-Kamera ist vorne beleuchtet Abbildung des Ausfall Initiierung und Fragmentierung. Die High-Speed-Fotografie kann dann mit dem Geschwindigkeitsmessung korreliert, um Belastung und Verformungsgeschwindigkeit über die gesamte Probe zu geben. Die Hochgeschwindigkeitsabbildungs ​​ermöglicht auch eine genaue Messung der Bruchdehnung und die Bruchmuster entlang der Fläche. Das experimentelle Verfahren in dem folgenden Protokoll Abschnitt dargestellt stellt ein Mittel zur Steuerung der Probentemperatur in einem expandierenden Zylinder Experiment, durch die unterschiedliche Bruchmechanismen aktiviert oder unterdrückt werden. Diese Technik wird, um ein umfassenderes Verständnis der Rolle der Temperatur in dynamischer Belastung Szenarien führen.

<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

Die dynamische Bruch eines Körpers ist ein Late-Stage-Phänomen in der Regel unter vereinfachten Bedingungen, in dem eine Probe unter einheitlichen Stress und Belastung verformt Rate untersucht. Dies kann durch gleichmäßiges Laden der inneren Oberfläche eines Zylinders erzeugt werden. Aufgrund der Rotationssymmetrie, da die Zylinder dehnt sich die Wand in eine Zug- Umfangsspannung, die uniform über den Umfang angeordnet ist. Zwar gibt es verschiedene Techniken, um diese Ausdehnung zu erzeugen, wie Sprengstoffe, elektromagnetischem Antrieb bestehenden Gaskanone Techniken sind sie alle in der Tatsache, dass der Probenzylinder muss bei Raumtemperatur begrenzt. Wir präsentieren ein neues Verfahren, das eine Gas-Pistole, die Experimente an Zylindern von 150 K bis 800 K mit einer konsistenten, reproduzierbaren Beladung erleichtert. Diese hoch diagnostiziert Experimente werden verwendet, um die Wirkung der Temperatur auf die Bruchmechanismen Ausfall verantwortlich, und die daraus resultierenden Einfluss auf Fragmentierungsstatistik zu untersuchen. Die experimentelle Geometrie beschäftigt einStahlspitzbogen innerhalb der Zielzylinder befindet, mit der Spitze in etwa auf halber Strecke befindet. Eine einstufige Leichtgaskanone wird dann verwendet, um ein Polycarbonat Projektil in den Zylinder bei 1000 m / sec -1 starten. Das Projektil Auswirkungen und umströmt den starren Ogive und treibt den Probenzylinder von innen. Die Verwendung eines nicht verformbaren Ogive Einsatz ermöglicht es uns, eine Temperatursteuerung Hardware innerhalb der Rückseite des Zylinders benötigt. Flüssigen Stickstoff (LN 2) zum Kühlen und eine resistive hoher Strombelastung für die Heizung verwendet wird. Mehrere Kanäle von hochgeschalteten Photonen Doppler-Geschwindigkeits (PDV) verfolgen die Expansionsgeschwindigkeit entlang des Zylinders, die direkten Vergleich mit Computersimulationen, während High-Speed-Bildgebung verwendet wird, um die Belastung bis zum Versagen zu messen. Die wiedergewonnenen Zylinder Fragmente unterliegen auch optische und Elektronenmikroskopie, um den Fehlermechanismus zu ermitteln.

Die Qualität der Daten werden zunächst über die experimentelle Zeit abhängen. Wenn die Verzögerungen vom Auslöser, um Auswirkungen richtig sind dann die Blitzlampen produzieren wird genug Licht, wenn der Zielzylinder beginnt, sich zu verformen, so dass die Hochgeschwindigkeitskameras, um klare Bilder zu erzeugen. In diesem Fall werden die Bilder von dem Framing Kamera ein klares silhouettiertem Kante, die verwendet werden können, um die Verformung des gesamten Zylinder zu verfolgen. Software wie ImageJ kann zur l...

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

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

Eine Methode zur Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der dynamischen Bruch und Fragmentierung

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

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Serie: 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.

Synthese und Mikrodiffraktion bei extremen Drücken und Temperaturen

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

Forschung

Ingenieurwesen

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.

Hochdruck- und Hochtemperatur-Verformung Experiment mit der neuen Generation Griggs-Typ Apparat

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 ...

Umwelt

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.

Spannungsverteilung bei kalten Verdichtung von Steinen und mineralischen Zuschlagsstoffen mit Synchrotron-basierte x-Ray Diffraction

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.

Laser-Heizung und Ausstrahlung Spektrometrie für die Untersuchung von Kernmaterial in Bedingungen simulieren einen Atomkraftwerksunfall

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

Chemie

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.

Ein uniaxiales Kompressionsexperiment mit CO2-Lagerkohle mit einem visualisierten und konstantvolumigen Gas-Solid-Kopplungs-Testsystem

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.

Durchführung von erhöhter Temperatur Normal und kombinierte Druck-Shear Platte folgen Experimente über eine Verschluss-End Sabot-Heizsystem

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.

Methoden der Ex-Situ und In Situ Untersuchungen zu strukturellen Veränderungen: der Fall der Kristallisation von metallischen Gläsern

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.

Die Rolle des Gewebes bei den Reibungseigenschaften phyllosilikatreicher tektonischer Verwerfungen

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.

Flächenhafte Dehnungsmessungen für Microstructurally kleine Müdigkeit Rissausbreitung Digitalbild Korrelation Methode

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.

Durchführung von Y-förmigen Schneidtests unter dem Mikroskop

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 ...