Analysis of shockwave pressure measurements in laser shock processing experiments

W pracy opisano metodę laserowego umacniania udarowego pozwalającą nawet dziesięciokrotnie zwiększyć wytrzymałość zmęczeniową niektórych części metalowych. Opracowanie technologii tej obróbki nadającej się do wdrożenia przemysłowego wymaga m.in. pomiaru ciśnienia fal uderzeniowych. Ciśnienie fal mierzono za pomocą polimerowego czujnika ciśnienia typu PVDF. Zamieszczono porównanie wyników pomiarów oraz numerycznego modelowania wzbudzania i propagacji fal uderzeniowych przez impulsowe promieniowanie laserowe. Do modelowania wykorzystano równania hydrodynamiki w przybliżeniu jednowymiarowym, które rozwiązywano metodą różnic skończonych. Wyjaśniono, w jaki sposób modyfikacja eksperymentu związana z pomiarem ciśnienia zakłóca proces laserowego umacniania udarowego. Mimo stosowania uproszczonego modelu numerycznego uzyskano niezłą zgodność wyników obliczeń i pomiarów. Zamieszczone porównania pozwalają wyciągać wnioski dotyczące rzeczywistej wartości amplitud fal w ośrodkach bezpośrednio stykających się z czujnikiem.The method of laser shock processing is described in the paper. The method allows us to significantly improve the fatigue strength of metal parts (ten times in the case of titanium blades of turbine). In the course of development of laser shock processing method appropriate for industrial applications, measurement of laser induced shockwave pressure is necessary. Shockwave pressure was measured with the use of PVDF pressure gauges. A comparison of both, numerical modelling of laser induced shockwaves and results of shockwave pressure measurements is presented in the work. One dimensional equations of hydrodynamic were used for mathematical description of the process. The equations were solved with the use of finite difference method. In spite of a very simple numerical model used, quite good agreement was obtained. It was shown that modification of the experimental setup related to measurements influences shockwave pressure profile. The comparison of numerical and experimental results indicates what is the true value of pressure in media contacting with PVDF gauge. In the course of laser shock processing without pressure measurement, the shockwave pressure profile is quite simple

Shockwave pressure measurement with the use of polymer piezoelectric pressure gauge

W pracy zamieszczono literaturowe informacje dotyczące piezoelektrycznych czujników ciśnienia typu PVDF, pozwalających mierzyć ciśnienie fali uderzeniowej o amplitudzie do 45 GPa z rozdzielczością czasową 5 ns. Zamieszczono formuły wzorcowania czujników. Opisano przykłady wykorzystania czujników w takich dziedzinach jak: kontrola ruchu drogowego, badanie właściwości materiałowych, pomiar ciśnienia fali uderzeniowej. Przedstawiono wyniki własnych pomiarów fal uderzeniowych wzbudzanych przez impuls promieniowania laserowego.The review of publications on the subject of PVDF piezoelectric pressure gauges is presented in the paper. PVDF gauges allow to measure pressures up to 45 GPa with temporal resolution of about 5 ns. The calibration formulas of pressure gauges are included (fig. 1). Some examples of application of PVDF gauges in such areas like medicine, traffic control, material properties investigation and shockwave are presented. Results of author's measurements of laser induced shockwave are described (fig. 4 - 6). Influence of such parameters as sample thickness and acoustic impedance of layers on pressure profile is shown. The experimental setup will be used for optimization of laser shock processing technology

Measurements of characteristics of laser beams applied in processing of materials

W pracy zamieszczono wyniki pomiarów charakterystyk laserów stosowanych do obróbki materiałów. Zamieszczono schemat układu pomiarowego. Opisano charakterystyczne cechy wiązek Gaussowskich i sposób obliczania parametru M2, charakteryzującego jakość wiązki laserowej. Podano prawa podobieństwa dla różnych układów ogniskujących. Mierzono rozkłady gęstości energii w przekroju poprzecznym wiązki, czasowy kształt impulsu, stabilność mocy wiązki w funkcji czasu oraz wyznaczano parametr M2. Pomiary przeprowadzono dla lasera He-Ne, lasera włóknowego ciągłego działania SPI-100C o mocy 100 W, włóknowego lasera impulsowego Ylia M20EG oraz pikosekundowego lasera Nd:YAG. Podano przykłady czynników zwiększających błędy pomiarowe. Zamieszczono przykłady zastosowania wyników pomiarów do procesu znakowania laserowego.The results of measurements of characteristics of laser beams applied in processing of materials are described in the paper. The scheme of experimental setup is described. The specific properties of Gaussian laser beams are posted. The procedure for determination of laser beam quality parameter, the so called M2 parameter is discussed. The laws of similarity of beams focused by different lenses are included. Distributions of energy density in the beam cross-section, temporal pulse shape, stability of laser Power versus time were measured. The M2 parameter was calculated. The measurements were performed for He-Ne, fiber CW SPI-100C, pulsed Ylia M20EG and picosecond lasers. Some examples of factors influencing measurements errors are listed. Some examples of laser marking process are provided

Application of piezoelectric PVDF gauges for registration of shockwave temporal pressure profile

W pracy zamieszczono informacje dotyczące piezoelektrycznych czujników ciśnienia typu PVDF, pozwalających rejestrować profil cisnienia fali uderzeniowej o amplitudzie do 45 GPa z rozdzielczością czasową 5 ns. Zamieszczono formuły wzorcowania czujników. Opisano przykłady zastosowania czujników. Przedstawiono wyniki własnych pomiarów fal uderzeniowych wzbudzanych przez promieniowanie laserowe oraz wyniki modelowania numerycznego.The review of publicztions devoted to PVDF piezoelectric pressure gauges is presented in the paper. PVDF gauges allow to measure pressures up to 45 GPa with a temporal resolution of about 5 ns. The calibration formulas of pressure gauges are included. A few examples of practical application of PVDF gauges are presented. Some results of the author's measurement of a laser induced shockwave as well as numerical modeling are described

Strengthening of surface top layer of WT3-1 titanium alloy with laser induced shock wave - physical phenomena and selected properties

W pracy opisano wyniki prac teoretycznych i eksperymentalnych, dotyczących umacniania warstwy wierzchniej stopu tytanu WT3-1 falą uderzeniową generowaną impulsem laserowym dużej mocy. Opisano wyniki numerycznego modelowania impulsu ciśnienia generowanego przez impuls laserowy oraz propagacji fali uderzeniowej. Przedstawiono wyniki modyfikacji właściwości warstwy wierzchniej wybranych stopów. Stosowano laser Nd:YAG o energii w impulsie około 0,5 J i czasie trwania 10 ns. Badania modyfikowanej powierzchni obejmowały obserwacje za pomocą mikroskopu skaningowego (SEM) oraz analizę topografii powierzchni przy użyciu profilografometru.The paper describes strengthening of a top layer of WT3-1 titanium alloy with a shock wave induced by laser radiation. Some results of numerical modeling of pressure pulse generation are presented. The source of radiation was Nd:YAG laser with pulse energy of 0.5 J and pulse width of 10 ns. Investigations included observations with scanning microscope (SEM) as well as topographic surface analysis using profilometer

Research of Fragmentation of Dynamic Compressed Samples Made of Composites Cu-W-BNα

W pracy przedstawiono wyniki badań udarowego ściskania próbek wykonanych ze spiekanego kompozytu cermetalowego Cu-W-BNa o różnej zawartości fazy ceramicznej, a mianowicie 0,5; 1, 1,5 i 3% (mas.). Badania ściskania wykonano na zmodernizowanym młocie Charpy'ego. Prędkość uderzenia młota wynosiła ok. 5,5 m/s, a wartość energii kinetycznej bijaka była równa 281,86 J. Odzyskane po próbach ściskania fragmenty zniszczonych próbek podano analizie sitowej. Określono udziały masowe i ilościowe poszczególnych frakcji wymiarowych fragmentów. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że istnieje powiązanie między zawartością azotku boru w kompozycie a rozkładem frakcji wymiarowych odzyskanych odłamków. Wzrost zawartości BN w kompozycie powoduje zwiększanie się liczby najmniejszych cząstek w odzyskanym materiale badawczym.Research of the compression impact test of samples made of sintered cermets Cu-W-BNa with different contents of ceramics phase namely 0,5; 1, 1,5 i 3% (wt.) have been presented in this paper. The compression test were carried out using modified Charpy machine. The velocity of impact was 5.5 m/s and value of the kinetic energy of ram was 281,82 J. Recovered after compression tests fragments of damaged samples were subjected to a sieve analysis. The mass of particles distribution and number of particles distribution for size particle fraction were determined. On the basis of obtained results. It was found that is dependence between contents of boron nitride and particles size distribution. Increase of BN contents cause increase of the smallest particle number in investigated materials

Granulometric Method for Evaluation Sensitivity to Fragmentation of the Compressed Samples Made of Sintered Material

W pracy zawarto projekt metodyki do oceny skłonności pocisków amunicji do fragmentacji w wyniku ich uderzenia w masywną przegrodę. Wykorzystano w niej zasady sitowej analizy granulometrycznej umożliwiającej uzyskanie ilościowego opisu zbioru odzyskanych fragmentów. Zaproponowano charakterystyki zbioru cząstek, a mianowicie udział masowy i ilościowy frakcji wymiarowych cząstek. Przeprowadzono weryfikację metodyki, wykorzystując do tego odzyskane w wyniku eksperymentu balistycznego cząstki uszkodzonych pocisków. Wyniki potwierdziły prawidłowość przyjętej metody badawczej i jej przydatność w balistycznych badaniach fragmentacji pocisków.The project of the methodology evaluation of ability to material fragmentation while impact of the cylindrical samples into massive target is presented in this paper. To the quantitative description of the recovered fragments has been used sieve analysis. It was proposed a characteristics of collection of particles, namely mass fraction and quantitative dimensional particle fraction, which were assumed as a general factor of ability to fragmentation. The verification of methodology has been made using the recovered fragments of ballistic damaged samples. Results of verification have confirmed the correctness of experimental research methods and its usefulness to the study of projectiles fragmentation

Purification of air from a two-component mixture of volatile organic compounds in a trickle-bed bioreactor

Badano eksperymentalnie efektywność procesu oczyszczania powietrza z mieszaniny dwóch lotnych związków organicznych, styrenu i p-ksylenu. Eksperymenty prowadzono przez okres 248 dni w instalacji pilotowej bioreaktora strużkowego, pracującego przy współprądowym przepływie gazu i cieczy, zmieniając w szerokim zakresie stężenia obu substancji organicznych w powietrzu doprowadzanym do bioreaktora. Dla testowanego zakresu zmian parametrów ruchowych bioreaktora uzyskano zadowalającą efektywność procesu: stopień konwersji styrenu zmieniał się w zakresie 80-95%, a trudnego do biodegradacji p-ksylenu w zakresie 40-55%.The efficiency of the process of air purification from the mixture of two volatile organic compounds (styrene and p-xylene) was experimentally tested. The experiment was carried out for 248 days in a pilot installation of a trickle-bed bioreactor, operating at co-current gas and liquid flow, changing in a wide range the concentrations of both organic substances in the air supplied to the bioreactor. Satisfactory efficiency of the process was obtained for the tested range of changes of the operational parameters: styrene conversion changed within the range of 80-95%, and the difficult to biodegradation p-xylene in the range of 40-55%