高速冲击压缩梯恩梯的分子动力学模拟

采用反应力场分子动力学方法模拟了梯恩梯(2,4,6-trinitrotoluene,TNT) 冲击压缩过程. 冲击压缩完全时,体积压缩至原体积40%,梯恩梯分子分解完毕,体系压力达到峰值. 随后稀疏波反向拉伸致大量原子或分子基团飞溅至下游,同时压力开始卸载. 密度及粒子速度剖面显示压缩波后方密度较大,粒子基本处于静止状态,且压缩波内存在较大的粒子速度梯度. 早期化学反应特征是梯恩梯分子在冲击压缩作用下脱落H,O 原子后残基快速聚合形成较大的分子团簇,此阶段和平动—振动弛豫过程相关,并且分子由平动—振动模态转换的时间尺度为0.5 ps. 产物识别分析显示梯恩梯在高速冲击压缩下致C—H,O＝N 键断裂,脱落的原子部分形成OH,H₂,H₂O,N₂,部分H,O 原子游离在体系中. 含碳团簇分析显示,冲击压缩作用致体系中含碳团簇的摩尔质量逐渐累积. 体系内含碳团簇中O/C,H/C,N/C 原子数量比值逐渐趋于平衡(O/C=0.680,H/C=0.410,N/C=0.284),且均小于初始结构中的比值.      

液Ar冲击压缩特性的理论计算

用exp-6有效两体势模型和液体变分微扰理论计算了液Ar冲击压缩曲线,在35GPa以下的压力范围内计算的冲击压缩曲线与Thiel及Nellis等人的实验数据及其它理论的计算结果符合较好。计算结果表明文中所选的势较为准确地反映了液体分子间的相互作用。也对较高冲击压力下理论计算的冲击曲线和实验结果之间的偏差作了分析,结合不透明度实验的结果,我们认为当压力超过35GPa,温度在12000K以上时,液Ar体系电子激发对系统热力学状态有较大影响。     

傅立叶弥散分析在冲击拉伸和冲击压缩试验中的应用

将傅立叶弥散分析方法和程序（ＦＦＴＤＳＰ）应用于冲击拉伸和冲击压缩试验中,分析了输入杆和输出杆中波的弥散效应对试验结果的影响。带有弥散修正的试验结果表明,由于入射脉冲产生方式不同,冲击压缩试验系统中传播的应力波带有显著的弥散效应,而间接杆杆型冲击拉伸试验系统中传播的应力波的弥散效应一般较小。     

复合材料冲击损伤及冲击后压缩强度的等效实验方法

简要论述了复合材料低速冲击及冲击后压缩的研究情况,比较了几种不同的冲击后的压缩实验方法,选取一种小尺寸试件方法,对复合材料低速冲击后的压缩行为进行研究,并将结果与有关文献进行了比较,实验结果与文献结果具有一致的变化规律。研究结果显示,对于材料研究,该方法可用来表征复合材料冲击后的压缩特性。使用该方法可以大大节省实验费用及周期。     

基于红外热成像的编织复合材料低速冲击和冲击后压缩试验研究

针对二维三轴编织复合材料（two-dimensional triaxially braided composite, 2DTBC）在低速冲击和冲击后压缩（compression after impact, CAI）载荷下的损伤失效机理,开展了2DTBC试样的不同能量低速冲击试验以及相应的CAI试验,并采用红外热像仪监测在低速冲击和CAI试验过程中的温升现象。通过C扫描表征了不同能量低速冲击后试样的分层损伤情况,讨论了试样背面温度场分布特性及其随冲击能量的演化规律;对比分析了2DTBC冲击后剩余压缩强度与冲击能量的对应关系,基于数字图像相关（digital image correlation, DIC）技术监测了CAI试验中的全局应变场,结合热成像、变形场和光学图像数据,阐明了不同能量冲击后2DTBC的压缩失效特性,讨论了基于红外热成像技术表征编织复合材料损伤失效行为的有效性。试验结果显示:编织复合材料低速冲击和CAI试验中的温度场分布图与编织几何构型有明显关联度;低速冲击试验的温升幅值随冲击能量的增加而快速上升,CAI试验的温升现象随着冲击能量的增加而减弱;分层面积随冲击能量的增大而增大,冲击后剩余压缩强度随冲击能量的增大而降低。研究结果表明:红外热成像技术能够很好地捕捉试样破坏瞬间释放断裂能所产生的温升现象,温度场图像相较于全局应变场能更好地捕捉破坏的起始位置和失效特征。     

“凝聚物质冲击压缩”研究的若干论题

讨论了凝聚物质冲击压缩研究领域包括的范围和各类问题所占的比例，对1999年和2001年举行的两次APS凝聚物质冲击压缩专题会议发表的论文进行了分类统计，并对会议反映的最新动态和我所关心的热点问题的意义作了简要的说明。     

基于分子动力学模拟的单晶硅冲击压缩相变研究

晶体硅具有复杂的相变机制,在相图研究中受到广泛关注,其在动载荷下的变形机制是当前研究热点。为揭示晶体硅在强动加载下的变形和相变行为特征,基于分子动力学方法,采用平板冲击加载方式,模拟研究了单晶硅在初始环境温度为300 K时分别沿[001]、[110]和[111]晶向的不同强度下的冲击压缩行为,冲击粒子速度为0.3～3.2 km/s。研究发现,随着冲击粒子速度的增加,单晶硅剪切应力在逐渐增加后由于结构相变发生急剧下降,相变阈值和相变机制均呈现各向异性。其中,沿[001]晶向冲击压缩下观察到多种固-固相变以及固-液相变,并观察到与最新文献的实验高度一致的固-液共存现象。研究结果可为动加载下晶体硅的相变研究提供纳米尺度的结果支撑。     

冲击压缩下稠密Ar等离子体温度测量

测量了稠密氩等离子体温度,并与国外文献报道结果进行了对比。实验时通过对Ａｒ气冲击压缩产生稠密Ａｒ等离子体。Ａｒ样品的初始压力均为０．１ＭＰａ,初始温度为２９３Ｋ。五个实验点的压力为０．１２５～０．１６３ＧＰａ,温度为２３４００～２５９００Ｋ,等离子体非理想性参数为０．４３～０．４５。给出了Ａｒ的Ｈｕｇｏｎｉｏｔ冲击压缩数据及温度实测数据。理论计算首次考虑了二级电离效应,温度理论计算值明显地偏高于实验值,这说明用Ｓａｈａ加上Ｄｅｂｙｅ Ｈｕｃｋｅｌ修正模型的计算电离度已与实际结果出现了差别,其电离能和能级布居也发生了改变。     

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。     

MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION OF INTERFACIAL DEFECTS WITH MODIFIED POTENTIAL BASED ON THE FIRST-PRINCIPLE

The interfacial molecular structure of materials with different lattice constants is simulated by using the method of molecular dynamics （MD）. Potential of modified analytical embedded atom method （MAEAM） is used for nominterfacial atoms. To simulate the state of interracial atoms, further modifications are applied to the MAEAM potential based on the first- principle simulation results. It is concluded that a small change of potential may greatly influence the interfacial molecular structure. Void and diffusions can be observed in the simulation results. It is also found that the pre-existed dot defects before bonding can decrease the number of interfacial defects greatly, thereby, can increase the strength of the interface.     

水的汽液界面系统中势能与力的EMD模拟研究

分子间势能作用是研究分子界面行为的一个重点所在. 采用平衡态分子动力学 模拟(equilibrium molecular dynamics simulation, EMDS)方法,对由水分子 构成的汽液界面系统进行了模拟和研究. 分析统计结 果符合势能分布在液相区和气相区内存在明显落差的已知结论,并发现不同种力对分子穿越 两相区时所起的作用不同,Lennard-Jones(简写L-J)力阻碍分子凝结,而静电力则推动分子凝结并且在合力中起 主要作用. 同时,着重对发生相变行为的典型分子进行了追踪和分析,从能量的角度显 示了凝结(蒸发)相变过程对应着一个气态(液态)分子由高(低)势能位落入势阱(翻越 势垒)的能量降落(抬升)过程.     

抽吸激波管的性能分析与计算

为了减小由于反射激波和透射激波分叉引起的反射型激波风洞试验气体提前受到污染的现象,本文研究了一种新的具有抽吸的激波管流动,分析了抽吸缝的作用,给出了这种抽吸激波管性能参数的计算方法,同时还给出了反射激波与边界层相互作用引起的激波分叉的形状随抽吸量变化的计算公式。实验证实了边界层抽吸可以有效地减小激波与壁面边界层相互作用所产生的分离现象。计算与测量结果是一致的。     

激波与涡对相互作用的实验研究

在方截面激波管中进行了平面运动激波和涡对的二维相互作用实验，研究了激波与同向涡对、激波与反向涡对相互作用的非定常过程．根据实验照片，分析讨论了作用过程中激波的变形，二次激波和三波点的形成、演变，激波与激波的相互作用，以及旋涡结构的变化等．实验表明，激波通过涡核时，激波发生剧烈变形，旋涡强度增大，涡核形状改变．     

氖中强冲击波结构及亮度温度

通过一维辐射流体动力学数值模拟,研究了氖中强冲击波的辐射特性、波阵面亮度温度及辐射场谱分布。模型考虑了一维不定常流体动力学方程与辐射输运方程的耦合,计算结果与实验数据符合良好。当冲击波速度大于３０ｋｍ／ｓ时,波阵面之前形成了加热层。加热层对于辐射的屏蔽作用是从长波部分开始的。当冲击波速度小于５０ｋｍ／ｓ时,对于可见光及紫外光的屏蔽作用不明显。但当冲击波速度大于５０ｋｍ／ｓ时,加热层对可见光已有了屏蔽作用,使亮度温度降低。     

高压短脉冲激波的传播及衰减

本文给出一个简单的分析模型,以此研究高压短脉冲激波的传播和衰减,并给出了一个激光加载下激波传播的算例。计算结果和实验结果误差在10％左右,这一方法对于短脉冲激波传播的近似分析,试验前的预估,以及实验的设计等将是十分有用的。文中还对平板撞击和高能量束在脉冲加载过程中的异同作了讨论。     

TVD格式中压缩波判别的人工压缩法

提出了ＴＶＤ格式中的一种新型人工压缩技术和ＭａｘＥｔａ 方法,并以此对平面冲击波传播 反射问题以及三维冲击波的坑道扩散问题进行了数值模拟,取得了很好的结果。     

环形激波绕射, 反射和聚焦的数值模拟研究

应用频散可控耗散格式对环形激波在圆柱形激波管内绕射、反射和聚焦的问题进行了数值模拟研究，研究结果表明环形激波形成强烈聚焦的关键因素是环形激波在圆柱形管道中向对称轴运动时，绕射激波就不断加速而不作通常情况下的衰减；不同马赫数的环形激波绕射也产生不同马赫数及形状的准柱形激波，导致聚焦效果和位置的差异；另外，环形激波聚焦于一个点而圆柱形激波聚焦于一条线，两者有本质不同。