Aparat Griggsa

Przykład zmodyfikowanego aparatu Griggsa znajdującego się na Uniwersytecie Nevady w Las Vegas

Aparat Griggsa , określany również jako zestaw Griggsa , jest zmodyfikowanym aparatem wysokociśnieniowym z cylindrem tłokowym, używanym do tworzenia środowiska o wysokim ciśnieniu, wysokiej temperaturze i do nadawania dewiatorowego naprężenia próbce materiału. Został wymyślony w latach 60.

Rozmiary próbek wahają się w zależności od konkretnego aparatu Griggsa, ale ogólnie mogą wynosić do około 150 mm3, a temperatury do 1600 K wraz z ciśnieniami około 3 GPa można osiągnąć.

Historia

Aparat Griggsa został wymyślony przez Davida Griggsa w połowie lat 60. XX wieku, podczas jego pobytu na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles (UCLA). Od momentu powstania aparatu Griggsa stał się koniem roboczym wielu laboratoriów deformacji skał na całym świecie, a także pomógł wyjaśnić liczne aspekty deformacji plastycznej materiałów krystalicznych, w tym hydrolityczne osłabienie kwarcu .

Teoria

Maszyna Griggsa wykorzystuje tę samą zasadę, co inne aparaty wysokociśnieniowe (takie jak diamentowa komora kowadełkowa ) do wytwarzania podwyższonego ciśnienia na próbce.

Wytwarzając siłę nominalną, w przypadku maszyny Griggsa za pomocą siłownika hydraulicznego, można następnie przyłożyć do próbki większą siłę, zmniejszając powierzchnię kolejnych tłoków szeregowo z siłownikiem i stykających się z próbką.

Przykładowy montaż

Przykład jednego eksperymentalnego zespołu próbki dla maszyny Griggsa

Zespół próbki jest zbudowany z wielu cylindrycznych tulei, które są umieszczane w otworze w zbiorniku ciśnieniowym lub „bombie”. Najbardziej zewnętrzna tuleja zwykle składa się z NaCl, który jest używany do przenoszenia pionowego obciążenia przykładanego ze stalowego tłoka na ciśnienie ograniczające próbkę w środku zespołu. NaCl jest używany, ponieważ jest stosunkowo słaby i pomaga w przenoszeniu naprężeń. Bezpośrednio wewnątrz zewnętrznej tulei NaCl znajduje się ceramiczna tuleja podtrzymująca z grafitem wewnątrz tulei, która służy do rezystancyjnego ogrzewania próbki. Najbardziej wewnętrzna tuleja, w której znajduje się próbka wraz z górnym i dolnym tłokiem z tlenku glinu, zwykle również składa się z NaCl. Oprócz tego układu, tuleja wewnętrzna może również składać się z trójskładnikowej mieszaniny soli eutektycznych, która jest nazywana ogniwem stopionej soli. Zaletą kuwety ze stopioną solą jest to, że mieszanina soli topi się w umiarkowanych temperaturach, co pozwala na przyłożenie do próbki prawdziwego ciśnienia hydrostatycznego. W przypadku stosowania ogniwa ze stopionej soli konieczne staje się również dodanie dodatkowej ilości niklu kapsułkę, aby zawierała mieszaninę soli, aby zapobiec uszkodzeniu innych części zestawu próbki. Temperatura jest monitorowana przez termopary z bocznym wejściem , które penetrują ścianę pieca grafitowego i są bezpośrednio przylegające do próbki i są zwykle przewleczone przez ochronną izolację mulitową. Naprężenie dewiatoryczne jest przenoszone na próbkę przez tłok σ1. Tłok ten jest ustawiony szeregowo z górnym tłokiem, próbką i dolnym tłokiem w wewnętrznej tulei, która jest osadzona na górze z węglika wolframu .

Projekt

Rozszerzony widok tłoka zewnętrznego (σ3) i wewnętrznego (σ1).

Aparat Griggsa ma zdolność tworzenia i utrzymywania ograniczającego nacisku na próbkę, jednocześnie będąc w stanie oddzielnie naprężać próbkę. Ciśnienie ograniczające jest generowane przez przesuwanie siłownika hydraulicznego za pomocą ręcznej pompy dźwigniowej lub pompy strzykawkowej sterowanej serwomechanizmem. Posuwający się tłok ściska następnie zewnętrzny tłok z węglika wolframu (σ3), który z kolei wciska korek Pb na górze zespołu próbki, a następnie z kolei wywiera nacisk na medium ciśnieniowe NaCl. Naprężenie dewiatorowe jest wytwarzane przez mechaniczny układ napędowy napędzany silnikiem elektrycznym umieszczonym na górze urządzenia. Kiedy silnik elektryczny jest zasilany, sprzęga się on z zestawem kół zębatych, które pozwalają na wybór różnych prędkości odkształcenia w zakresie od 10 −3 s-1 do 10 −8 s-1.

W celu wyeliminowania momentu obrotowego z układu napędowego, wytwarzanego przez zestaw kół zębatych, między zestawem kół zębatych a tłokiem odkształcającym (σ1) znajduje się śruba kulowa z recyrkulacją kulową, która zapewnia obciążenie osiowe. Szeregowo z tłokiem odkształcającym połączone jest również zewnętrzne ogniwo obciążnikowe, które mierzy obciążenie przyłożone do tłoka wewnętrznego (σ1). Tłoki zewnętrzne (σ3) i wewnętrzne (σ1), które znajdują się nad próbką, są dwiema oddzielnymi częściami, co pozwala na przesuwanie tłoka odkształcającego wraz z układem napędowym bez zmiany ciśnienia ograniczającego, które jest obsługiwane za pomocą siłownika hydraulicznego.

Konstrukcja siłownika hydraulicznego powoduje błąd w pomiarach ciśnienia, które są obliczane na podstawie ciśnienia oleju w siłowniku. Wewnątrz siłownika znajduje się duży O-ring, który uszczelnia olej w górnej lub dolnej części siłownika. Gdy tłok jest pod ciśnieniem i olej jest przenoszony z dolnego zbiornika do górnego, tarcie jest wytwarzane przez ruch O-ringu wzdłuż wewnętrznej ściany tłoka. Ponieważ tłok musi pokonać siłę tarcia, aby kontynuować postęp, pomiary ciśnienia obliczone na podstawie ciśnienia oleju w siłowniku uwzględniają udział tarcia wewnętrznego. Udział siły tarcia w obliczeniach ciśnienia można opisać następującą zależnością:

Obliczone ciśnienie = ciśnienie ograniczające + tarcie wewnętrzne w tłoku.

Całkowity udział tego tarcia w wartości mierzonego ciśnienia jest różny dla każdej konkretnej maszyny Griggsa, ale wykazano, że odchylenia między ciśnieniem rzeczywistym a zmierzonym mogą sięgać nawet 10%.

Zobacz też

Dodatkowe źródła

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Griggs_apparatus&oldid=1051526992 ”