腐蚀后铝自由表面微物质喷射实验研究

在40GPa压力下，采用压电石英传感技术,测量了腐蚀时间为1～7d的铅自由表面的微物质喷射。结果表明,微喷射量随着腐蚀时间的增加而增加．但腐蚀时间大于4d以后,微喷射量的增量减小。实验测量了粗糙度R2约为1．5和8．0μm样品表面的微物质喷射量．在腐蚀时间小于4d时，样品表面粗糙度Rz为8．0μm的微物质喷射量大．说明粗糙度对微喷射有影响。当铅的表面腐蚀4d以后．两种粗糙度的铅样品的微喷射量在实验误差范围内是一致的．说明此时的微物质喷射量只取决于腐蚀层的杂质和氧化物．而与表面原始粗糙度无关。     

基于微波干涉测速技术的二级轻气炮/火炮内弹道参数诊断

测量二级轻气炮/火炮弹丸在内弹道的速度历程,对轻气炮/火炮的设计、内弹道计算、弹道异常现象诊断分析具有重要作用。因为不同波长微波的传输特性在不同炮管中不同,不同目标的反射特性也不同,为获得最佳的测试结果,设计了两个波长的微波干涉测速系统。对二级轻气炮和高速火炮的内弹道速度进行了连续测量,并利用短时傅里叶变换与相位计算相结合的方法进行了数据处理。实验成功获取了完整的内弹道数据,所测弹丸炮口速度与光束遮断测速装置测试结果差异小于0.5%。通过对内弹道实验数据的分析,证实了二级轻气炮在某些装填条件下易出现碎弹现象。此外,首次观测到二级炮内弹道内前冲气体速度历史,可为研究高速气体的温度、压力、电离等状态提供数据支撑。     

超高速小弹丸激光片光测速系统的研制及应用

为满足轻气炮实验中对超高速小弹丸的测速需求,研制了一套激光片光测速系统.系统采用片光压缩技术、光谱滤光技术以及电路滤波和宽带放大技术,解决了超高速小弹丸测速成功率低和易受干扰的问题,测速信号具有较高的信噪比.在轻气炮实验中,该系统实现了对高速小弹丸的速度测量,与激光光束遮断法对比,测量结果的不一致性小于1％,系统的测量...     

爆轰加载下金属材料的微层裂现象

通过在LiF窗口撞击镀膜面增加一薄层LiF和对LiF窗口反光面进行漫反射面镀膜处理的方法，对传统Asay窗诊断技术进行了改进，获得了微层裂物质高质量的实验信号。将改进后Asay窗技术与中能X射线照相及激光干涉测速技术相结合，实验给出了熔化状态下Sn材料微层裂物质不同时刻的密度空间分布图像及演化特征，且不同测试技术诊断结果半定量吻合。得到Sn材料微层裂物质的清晰物理图像，可为微层裂物理机理的认识和物理建模提供实验数据。     

高压气体驱动二级轻气炮发射过程的数值模拟方法及应用

二级轻气炮是一种常见的超高速发射装置,多年来其数值研究大多采用简化一维模型,鲜有三维有限元模型。以14 mm口径高压气体驱动二级轻气炮为研究对象,采用耦合欧拉-拉格朗日（coupled Eulerian-Lagrangian, CEL）算法,根据膜片破裂与否,将二级轻气炮模型解耦为2个分级三维数值模型。为确定实验难以测得的参数（材料摩擦因数和膜片破膜压力）,设计正交试验,拟合确定活塞与泵管间摩擦因数为0.82,弹丸与发射管摩擦因数为0.30和膜片破膜压力为11.73 MPa。正交结果表明,摩擦因数对计算结果影响较大,在高压气体驱动二级轻气炮的计算中不应忽略。通过上述方法建立数字化高压气体驱动二级轻气炮,完整复现气炮发射过程,计算的弹丸终速与实验结果吻合度高。选取验证工况详细分析了气炮发射过程内流场变化,并呈现关键时刻的压力云图。该气炮简化方法、分级思想和关键参数确认方法可推广应用于固体发射药驱动、爆轰驱动等其他驱动形式的二级/多级轻气炮。     

反向起爆模型下的冲击波加载

为了实现对大尺寸材料试件的动态加载,得到与轻气炮加载应力波相同的爆炸加载冲击波,基于叠加原理,提出了利用炸药反向起爆模型完成对可压缩固体材料的冲击波加载。通过联立爆炸产物和可压缩流体的速度-压力曲线以及综合考虑炸药和材料试件各自由边所受稀疏波干扰的情况,从理论上给出了冲击波压力和冲击波加载平台宽度的计算方法。并结合数值模拟,对理论分析结果进行了验证,两者基本一致。     

同轴全息诊断微喷物的密度控制装置

针对利用激光同轴全息技术诊断冲击加载下金属材料微喷场的过程中,材料喷射密度过大或喷射面积过大等因素导致激光无法穿透微喷场,从而影响微喷粒子的全息图记录和再现等情况,提出了2种密度控制方法并设计了相应的控制装置,在实验中使用取得了显著的成效,获得了铅、锡等材料微喷粒子场的全息图,通过再现处理给出了微喷粒子的空间分布、大小、数量等统计信息。     

阶跃信号电探针诊断爆轰加载下金属微喷现象

针对目前缺乏用于狭小测试空间复杂结构金属样品的微喷现象诊断技术的现状,探索使用阶跃信号电探针诊断爆轰加载下金属样品微喷现象的方法。设计阶跃信号电探针测试技术,开展仿真验证电探针在微喷物质导通下K+RX模式的放电机理。在爆轰微喷实验中通过电探针信号观察到准连续状态微喷区及其存在的两种动作演化过程:阶梯放电曲线表征微喷物质随靠近后界面密度逐步增加,多次放电现象表征微喷物质从连续状态拉升变为离散状态。采用微射流模型描述准连续状态微喷区物质状态,通过电平曲线计算出被测物质等效电阻,再通过等效电阻计算微射流的等效尺寸,从而可描述准连续状态微喷区物质的密度。     

液氮冲击压缩特性及其分子离解相变研究

利用液氮制冷技术制取液氮样品 ,以二级轻气炮为加载工具 ,对液氮样品进行平面冲击压缩 ,实验测量了液氮 10～ 6 0GPa一次冲击Hugoniot数据。实验结果显示 ,33GPa以上氮的冲击波速度 -粒子速度关系式与低压段有明显差别 ,表现为氮的压缩系数增大。经理论计算和分析 ,可以认为液氮在冲击压力 33GPa以上 ,液氮体系会发生分子离解相变。     

酚醛玻璃钢动态本构关系的实验研究

本文叙述了在轻气炮上作高速撞击实验,使用碳膜压阻传感器,一次记录多个应力历史波形,用Lagrange分析和路径线方法,求材料动态本构关系的方法。给出了应力在2 GPa、应变率4105S-1以下酚醛玻璃钢的数值形式本构关系。探讨了强应力脉冲在酚醛玻璃钢中传播衰减的物理原因。     

用于诊断材料微层裂的Asay窗技术

微层裂是冲击波物理领域的重要基础问题,在工程上具有重要应用价值。近年来用于诊断样品多层层裂的传统Asay窗技术被用于诊断微层裂,但对其诊断能力和信号特征认识仍存在严重不足。为此,通过波系分析,揭示出在薄飞片击靶的微层裂实验中样品破碎存在1个“痂片”特征区、2个微层裂特征区以及1个“残体”特征区。实验表明,在样品窗口间隙合适的条件下,Asay窗不仅能够有效区分这些不同特征分区,而且能够灵敏探测样品表面发射的高速微喷粒子,从而实现对样品连续破碎过程的精密诊断。     

气相爆轰驱动二级轻气炮内弹道数值模拟

二级轻气炮是超高速弹丸驱动技术中使用最广泛的技术之一, 它在超高速气动物理现象及材料高速碰撞下力学性能的实验研究和验证方面起着不可或缺的作用. 中国科学院力学研究所基于爆轰驱动方法研制了一座大型二级轻气炮, 可弥补高压气体驱动能力有限和火药使用受限的不足. 本文基于经过实验验证的准一维数值模拟方法, 详细研究了该设备的内弹道动力学参数及发射性能, 并探讨了不同发射方法及装填参数对设备性能的影响规律和机理. 研究结果表明, 氢氧爆轰驱动相比于高压气体驱动具有明显优势; 不同爆轰驱动方式对弹丸发射性能影响较小, 但其影响到整个设备的强度设计; 对装填运行参数的研究表明增大爆轰段充气压力可以有效加强轻气炮发射性能, 而活塞质量变化对发射速度的影响较为复杂, 轻气炮实际运行中受设备设计指标及模型材料性能的限制, 优化过程中需要同时调整3种参数以达到轻气炮最佳性能.      

平板撞击下梯度镍的层裂损伤研究

为研究高应变率下梯度镍的层裂损伤行为,对均匀镍材进行准静态扭转,制备出硬度和晶粒尺寸沿径向规则变化的圆柱形梯度镍.运用一级轻气炮对梯度镍进行平板撞击加载,利用多通道激光多普勒测速仪测量梯度镍的自由面粒子速度,计算层裂强度,并结合金相显微镜观察梯度镍回收试样的层裂损伤形貌.实验结果表明:平板撞击加载下,梯度镍的层裂损伤以...     

一级气体炮内弹道数值模拟

利用拉格朗日方法跟踪弹后工质的运动规律，对一级轻气炮内弹道进行一维数值模拟。用此编码对我所φ100mm一级气体炮的内弹道进行计算，所得结果与实验弹道参数符合良好。并对影响弹丸速度的主要因素进行了简要的讨论。     

平面碰撞与强激光加载下金属铝的层裂行为

在轻气炮和神光Ⅱ强激光装置上开展了金属铝的层裂实验。针对激光打靶层裂实验中样品自由面速度剖面后期振荡容易丢失问题,改进靶设计,获得很好效果。利用轻气炮加载和强激光加载层裂实验应变率的显著差异,并通过数值模拟,讨论了在建立具有预测能力的理论建模中需要关注的损伤成核、演化与汇合问题中的材料特性与应变率相关特性因素。结果表明,对于我们以前建立的动态损伤与断裂模型,微孔洞成核的平均半径、阈值压力、成核速率相关参数以及微孔洞长大的阈值压力等具有材料特性属性,但微孔洞的表面能以及决定材料发生完全层裂的临界损伤度等具有明显的应变率效应。另外,分析还发现,虽然层裂强度具有明显的应变率效应,但是在样品层裂当地,样品由持续拉伸向收缩转变的临界行为,取决于一个很小的临界损伤,这个临界值很可能是材料常数,与应变率无关。     

可识别微层裂前界面的阶跃信号电探针测试技术

受微喷射物质干扰,现常用的测试技术难以对复杂结构金属样品微层裂前界面进行准确识别,针对该问题提出阶跃信号电探针测试技术。对传统电探针受微喷射物质干扰出现不正常放电现象的原理进行分析,设计阶跃信号形成电路。开展锡金属样品爆轰实验,对比传统电探针和阶跃信号电探针的放电波形,分析阶跃信号电探针数据解读方法,联合X光测试技术,对阶跃信号电探针放电波形阶跃信号高电平出现时刻进行检定。实验结果表明:阶跃信号电探针测试技术能够识别微喷射物质的干扰,可用于爆轰加载下金属样品微层裂前界面的识别。     

超高速碰撞太阳电池阵诱发放电效应的实验研究

随着空间碎片的日益增多,在轨运行航天器的高压太阳电池阵受到空间碎片撞击的影响需要得到评估。通过二级轻气炮加载弹丸,应用Langmuir三探针和电流、电压探针对空间用硅太阳电池阵在不同碰撞速度下产生的放电效应进行了实验研究。结果表明,空间碎片撞击太阳电池阵会诱发产生放电现象,撞击过程产生的高浓度等离子体是放电现象产生的诱因,且碰撞速度越大,对太阳电池阵产生的损伤越严重。     

石英光纤探针在非金属材料冲击实验中的应用

使用石英光纤探针成功测量了Teflon样品中的冲击波速度和电炮加载的厚度为75 m的Mylar膜飞片的平均速度和到达时间一致性。实验证明,石英光纤探针技术为非金属材料的冲击实验提供了一种直接的、不受电磁干扰的、精确的测量手段。     

高速碰撞下圆柱壳自由梁的穿孔特性

利用二级轻气炮加载,进行了球状2A12铝弹丸垂直撞击圆柱壳自由梁实验。并进行了弹丸速度、圆柱壳直径和壁厚等因素对穿孔直径影响的数值模拟,数值模拟结果和实验结果基本吻合。通过量纲分析和数值模拟结合,推导了穿孔直径与相关影响参数的经验关系式。研究结果表明:当圆柱壳直径和厚度不变时,高速撞击产生的穿孔直径在径向和轴向都随着弹丸速度增大而增大;当弹丸速度和圆柱壳厚度不变时,高速撞击产生的穿孔直径随着圆柱壳自由梁直径的增大而减小;当弹丸速度和圆柱壳直径不变时,穿孔直径随着圆柱壳厚度的增大而减小。     

一种研究炸药反应阈值的新方法

应用火药炮发射飞片产生低冲击压力的加载方法,采用组合式电磁粒子速度计测量不同加载压力情况下的炸药内部粒子速度,发展了一种用粒子速度与加载压力关系分析炸药反应阈值的新方法,获得了低冲击作用下JOB-9003炸药的反应阈值。研究表明,JOB-9003炸药的化学反应阈值和点火阈值分别为1.33GPa和1.87GPa,炸药的反应阈值与厚度无关。该研究方法为炸药安全性的研究提供了一些新的思路,研究结果可以为炸药安全性评估提供有益的参考。