Fragmentación dinámica de materiales metálicos fabricados mediante impresión 3D: penetración axial de tubos y expansión radial de anillos

• J.C. Nieto-Fuentes ^[1]
  1. [1] Universidad Carlos III de Madrid

     Universidad Carlos III de Madrid

     Madrid, España

     
• Localización: Revista española de mecánica de la fractura, ISSN-e 2792-4246, Nº. 6, 2023, págs. 27-31
• Idioma: español
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• Resumen
  • español

    Este trabajo presenta un montaje experimental flexible para estudiar la fragmentación dinámica de materiales metálicos fabricados por impresión 3D utilizando dos configuraciones diferentes: (i) penetración axial rápida de tubos de pared delgada, y (ii) expansión radial rápida de anillos. En el primer enfoque, el experimento consiste en un cañón de gas ligero que dispara un proyectil cilíndrico de nariz cónica que impacta axialmente en un tubo cilíndrico de pared delgada fabricado mediante impresión 3D. El diámetro de la parte cilíndrica del proyectil es aproximadamente dos veces mayor que el diámetro interior de la probeta cilíndrica, que se expande a medida que el proyectil avanza, hasta producirse múltiples fracturas. En el segundo enfoque, utilizando una técnica similar, se inserta un anillo sobre un tubo de alta ductilidad, que se expande tras la penetración del proyectil cónico, empujando el anillo metálico radialmente hacia fuera, que se fractura finalmente originando múltiples fragmentos. Los experimentos se han realizado para velocidades de impacto comprendidas entre 180 m/s y 390 m/s. Una característica destacada de este trabajo es que hemos caracterizado mediante tomografía de rayos X la microestructura porosa de las muestras seleccionadas antes y después del ensayo.

    Además, se han utilizado dos cámaras de alta velocidad para filmar los experimentos y obtener así información temporal sobre la mecánica de formación y propagación de las fracturas.

  • English

    This work presents a flexible experimental setup to study dynamic fragmentation of additively-manufactured metallic materials using two different configurations: (i) rapid axial penetration of thin-walled tubes, and (ii) rapid radial expansion of rings. In the first approach, the experiment consists of a light-gas gun that fires a conical nosed cylindrical projectile that impacts axially on a thin-walled cylindrical tube fabricated by 3D printing. The diameter of the cylindrical part of the projectile is approximately twice greater than the inner diameter of the cylindrical target, which is expanded as the projectile moves forward, eventually breaking into fragments. In the second approach, using a similar technique, a ring is inserted over a high-ductility tube, which expands after penetration by the conical projectile, pushing the metallic ring radially outwards, ultimately breaking into multiple fragments. The experiments have been performed for impact velocities ranging from 180 m/s to 390 m/s. A salient feature of this work is that we have characterized by X-ray tomography the porous microstructure of selected specimens before and after testing. Moreover, two high-speed cameras have been used to film the experiments and thus to obtain time-resolved information on the mechanics of formation and propagation of fractures.