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A System for Mounting End Caps on Ice Specimens

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

D. M. Cole
Affiliation:
Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Hanover, New Hampshire 03755, U.S.A.
L. D. Gould
Affiliation:
Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Hanover, New Hampshire 03755, U.S.A.
W. B. Burch
Affiliation:
Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Hanover, New Hampshire 03755, U.S.A.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

This short note describes the equipment and procedures we have developed to mount end caps on ice-core specimens. The system typically achieves end-plane parallelism within 0.5 μm/mm of specimen diameter (i.e. a total indicator run-out of 0.002 in for a 4.0 in diameter specimen). The essential elements of the system are a holder and an alignment fixture. The holder firmly grips the ice core about its circumference by the compression of two series of O–rings. The alignment fixture clamps the holder to align the ice core precisely with the end caps. To bond the ice to the end cap we form a layer of 0°C water on the end cap; the water freezes immediately upon contact with the ice and forms a strong intimate bond. To date, we have used this system to install phenolic end caps on 101.6 mm diameter cores and aluminum end caps on 76.2 mm diameter cores of saline ice. We obtained a somewhat better tolerance with the aluminum caps (0.33 μm/mm of end-cap diameter), due primarily to the geometric stability of that material under the prevailing conditions. These specimens have been successfully tested in uniaxial and triaxial compression, and we expect that with appropriate end caps the system will be suitable for preparing tension specimens as well.

Résumé

Résumé

Cette courte note décrit l’équipement et le procédé que nous avons développé pour monter des flasques en bout d’échantillons de glace. Le système permet d’assurer le parallélisme des plans de montage avec 0,5 μm par mm de diamètre de l’échantillon (c’est–à–dire une indication d’écartement de 0,002 pour 4 dans le diamètre de l’échantillon). Les éléments essentiels du système sont un support et un appareillage d’alignement. Le support enserre fermement la carotte de glace sur sa circonférence par compression de deux séries de O–ring. L’appareillage d’alignement serre le support pour aligner précisément la carotte avec les flasques. Pour fixer la glace aux flasques on produit une couche d’eau à 0°C sur la base du flasque; l’eau gèle immédiatement au contact de la glace et constitue un collage intime et résistant. Par example nous avons utilisé ce système pour placer des flasques phénoliques sur des carottes de 101,6 mm de diamètre et des flasques d’aluminium sur des carottes de glace salée de 76,2 mm de diamètre. Une meilleure tolérance a été obtenue avec les flasques d’aluminium (0,33 μm/mm pour le diamètre de la flasque), ce qui est dû principalement à la stabilité de ce matériau dans ces conditions d’expériences. Ces échantillons ont été testés avec succès dans une compression uniaxiale et triaxiale, et nous prévoyons qu’avec des flasques approprié le système sera aussi adéquate pour tester des échantillons en traction.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Diese kurze Notiz beschreibt die Geräte und Verfahren, die wir zur Montage von Endkappen an Eisproben entwickelt haben. Das System ist gekennzeichnet durch eine erreichbare Parallelität von 0,5 μm pro mm Probedurchmesser (d.h. eine maximale Abweichnug von 0,002 in bei einem Durchmesser von 4 in). Die wesentlichen Elemente des Systems sind eine Halterung und eine Ausrichtlehre. Die Halterung fasst den Eiskern durch Kompression zweier Serien von O–Ringen fest an seinem Umfang. Die Ausrichtlehre führt die Halterung präzis in die Verbindungsgerade der Endkappen. Zur Bindung des Eises an die Endkappen erzeugen wir an diesen eine Wasserschicht von 0°C; das Wasser gefriert beim Kontakt mit dem Eis sofort und bildet eine starke, enge Bindung. Bisher haben wir dieses System zur Anbringung von Phenol-Endkappen an Kerne von 101,6 mm Durchmesser und Aluminium-Endkappen an salzhaltige Eiskerne von 76,2 mm Durchmesser benutzt. Wir erzielten eine etwas bessere Toleranz mit den Aluminium-Kappen (0,33 μm pro mm Durchmesser der Endkappen), vor allem infolge der geometrischen Stabilität dieses Materials unter den gegebenen Bedingungen. Diese Proben wurden erfolgreich unter ein- und zweiachsiger Kompression getestet; wir erwarten, dass das System sich mit entsprechenden Endkappen auch zur Herstellung von Dehnungsproben als geeignet erweist.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1985
Figure 0

Fig. 1Sabot.

Figure 1

Fig. 2Detail of O-ring configuration.

Figure 2

Fig. 3a.Motion of O-ring as spacer rings are compressed.b.Final position of O-ring configuration showing compression of O-ring about the ice core.

Figure 3

Fig. 4Alignment fixture.

Figure 4

Fig. 5The sabot is clamped in a V-block on the milling-machine table. Specimen ends are then trimmed.

Figure 5

Fig. 6Sabot and end cap placed in the alignment fixture. A layer of 0°C distilled water is formed on the end cap prior to lowering the specimen into contact.

Figure 6

Fig. 7Fabric-based phenolic end caps showing grooves for improved bonding.

Figure 7

Fig. 8Typical saline-ice specimen with end caps installed.