聚焦:测试仪器使材料高速受力,以模拟现实世界中的许多瞬时情况

这种细长的测试仪器是世界上同类产品中的第一台,可在几分之一秒内将材料置于两种极端条件下。

来源:美国国家标准与技术研究院__材料信息
图片来源:R. Wilson/NIST
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这种细长的测试仪器是世界上首创的,它可以在几分之一秒内将材料置于两种极端条件下,快速加热并同时施加力。它是 Kolsky 棒的改良版,Kolsky 棒是一种起源于 20 世纪初的仪器。

Kolsky 棒由一组长长的钢制圆柱体组成,如图所示。样品位于它们之间。细金属棒的一侧位于圆柱体内。当我们用氮气推动的弹丸击打一端时,它会产生一个压力波,该压力波以钢中的声音速度(比子弹快得多)穿过钢棒并击中样品。

NIST 的 Kolsky 棒旨在在压力波击中样品之前快速加热样品。这意味着我们可以在材料因热量而变弱或改变分子水平(微观结构)结构时对其进行测量。

在 NIST 参与之前,世界上从未有人尝试过这种类型的测量。

但为什么要如此快速地对这些材料进行测试?这是因为生活中的一些重要时刻发生在几分之一秒内 - 车祸、制造过程、炸弹爆炸、运动员碰撞 - 我们需要知道从汽车到运动头盔等各种产品中使用的材料在这些短暂时刻的表现如何。

对于通过增材制造(也称为 3D 打印)制造的产品尤其如此,增材制造是从头开始构建形状的过程,一次一层材料。这是一个相对较新的过程,用于制造汽车等部件。

得益于 NIST 进行的 Kolsky 棒实验,我们可以收集这些部件的关键数据,以了解它们如何经受住极端的现实条件。

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