磁驱动准等熵压缩下LY12铝的强度测量

高压高应变率加载下材料的强度研究一直是冲击动力学的一个难题,目前动态载荷下材料的高压强度测量主要是基于平板撞击技术,冲击温升和应变率效应对材料强度的影响难以分离. 基于小型磁驱动加载装置CQ-4,开展了磁驱动准等熵压缩下LY12 铝的声速和强度测量的实验研究,讨论了考虑加载-卸载过程时磁驱动压缩实验的负载电极设计、实验样品设计、数据处理与分析等内容,并获得了12 GPa 压力范围沿加载-卸载路径的声速变化和峰值压力点的强度数据.      

基于Monte Carlo方法的磁驱动准等熵压缩实验不确定度量化评估

磁驱动准等熵压缩实验是研究材料偏离Hugoniot状态高压物性和动力学行为的重要实验技术之一,开展不确定量化评估具有重要意义和价值。基于Monte Carlo原理,结合磁驱动准等熵压缩实验过程分析、Lagrange分析和特征线正向数据处理方法建立了适用于此类实验的Monte Carlo不确定度量化评估方法,实现利用磁驱动准等熵压缩实验获取材料声速、应力、应变等物理量以及状态方程和本构关系等物理模型的不确定度量化评估。利用建立的不确定度评估方法,对文献中已开展的钽、铜和NiTi合金的磁驱动准等熵压缩实验结果进行不确定度量化评估与分析。结果表明,基于本文中方法的评估结果与国外文献以相同原理得到的评估结果一致。对基于CQ-4装置开展的NiTi合金磁驱动准等熵压缩实验的评估结果表明,设计的磁驱动准等熵压缩实验是一种可靠的精密物理实验。在此基础上,深入讨论了磁驱动准等熵压缩实验的误差相关性和敏感性。结果表明：台阶样品厚度和粒子速度的测量是影响实验精度的主要因素。     

磁驱动准等熵平面压缩和超高速飞片发射实验技术原理、装置及应用

利用脉冲大电流产生随时间平滑上升的磁压,实现对样品的准等熵平面压缩和超高速飞片发射,是近十年来发展和完善起来的一种新型的强动态斜波加载技术(ramp wave loading).本文简述了其原理、加载装置及数据处理方法等方面的研究进展,同时着重评述利用该技术和方法开展高压物态方程、材料动力学响应方面的研究进展,并对该技术在冲击动力学、天体物理和高能量密度物理等方面的应用前景进行了展望.      

内爆磁压缩准等熵加载过程分析与实验验证

利用磁流体力学程序SSS-MHD模拟了炸药柱面内爆磁通量压缩发生器CJ-100装置的加载过程,讨论了各项装置参数的影响,结果表明装置可达到的峰值磁场值与初始磁场值成反比关系。设计了铁/铜夹层结构的样品靶,在该型装置上开展纯铁的准等熵加载实验。利用光子多普勒测速探头测量到6.43 km/s的样品靶自由面速度,在DT4铁中获得206 GPa的准等熵加载压力。铁材料的压力-比容曲线与理论等熵线基本重合,表明内爆磁压缩加载过程具有较高的等熵程度。     

磁驱动准等熵加载装置CQ-4的加载能力及主要应用

利用脉冲大电流与其自身磁场相互作用产生磁压实现对样品平面等熵压缩,是国外新发展起来的动高压加载技术。CQ-4装置是在自然科学基金仪器专项资助下,建立的国内首套可实现110GPa等熵压缩,宏观金属飞片发射达15km/s的紧凑型脉冲功率装置。本文重点介绍该装置的主要性能和加载能力,以及基于其上开展的材料高压本构、相变、未反应炸药等力学行为等应用研究情况。     

材料动态强度直接测量的磁压剪实验技术及应用

提出一种用于直接测量动载荷下材料强度的新方法,即磁驱动压剪联合加载实验技术。从理论和数值计算上分析了压/剪联合作用下材料的应力偏量与屈服强度关系,计算斜波加载下压/剪联合作用时应力偏量与屈服强度的时空演化特性,给出材料强度数值的计算方法。并基于自行研制的强脉冲电流装置和10 T准静态磁场发生器,利用多点双光源外差位移干涉仪(dual laser heterodyne velocimetry, DLHV),开展磁压剪实验对2种铝样品的动态强度进行测量,得到不同加载压力下铝样品的强度。结果表明:磁驱动压/剪联合加载技术为材料的高压强度直接测量提供了一种新途径,是可靠的实验技术。     

动载荷下材料的屈服强度变化

描述了冲击加载和准等熵加载下获得材料动态屈服强度的方法,并以钨合金材料为研究对象,通过VISAR测试技术测量了钨合金材料在冲击加载下的屈服强度随压力的变化,并把实验结果与文献报道的准等熵加载下的材料强度变化的实测结果进行了比较。结果表明,准等熵加载下材料的屈服强度明显高于冲击加载下的材料屈服强度,并认为这主要是由于两种加载方式下材料的温升效应不同所造成的。     

小型材料等熵压缩磁压加载脉冲功率发生装置理论设计

材料等熵压缩磁压加载技术是当今美、俄、法等国家用于材料完全物态方程和动力学性能研究的重要和热门手段.文章综述了国外材料等熵压缩磁压加载技术研究进展,分析了磁压加载等熵压缩的基本原理.在此基础上提出了适合国内实验室研究、压力范围50GPa以内的小型材料等熵压缩磁压加载脉冲功率发生装置的设计指标,即回路放电电流上升时间500ns以内、峰值1MA以上.进而利用OrCAD/Pspice软件对装置的电感、电容等基本参数进行了优化设计,基于此提出了达到设计指标装置的工作方式.     

磁驱动等熵压缩和高速飞片的实验技术（续2）

4磁压加载等熵压缩实验的数据处理方法 4．1磁驱动实验测量技术 磁驱动实验与通常冲击动力学实验的差别首先在于加载手段的不同，不是纯力学方式（即通过驱动器与样品的直接接触施加作用力）加载，而是利用经过样品的电流与其自身产生磁场相互作用的电磁力无接触地加载，其优点是磁压力的高低只与导体样品表面电流密度有关。在不考虑磁扩散的前提下，把流经导体样品表面的电流密度及其分布测量准确，就能准确的给定磁压力。对于简单的电极构形，通常用罗柯夫斯基线圈测量流过的脉冲电流。     

7 km/s以上超高速发射技术研究进展

介绍了毫克至克量级弹丸7 km/s以上超高速发射技术的国内外研究进展,并对各发射装置的工作原理和技术要素进行了简要阐述.基于电磁驱动准等熵加载,美国ZR装置驱动25 mm×13mm×1.0mm铝飞片至46km/s速度,国内CQ系列磁驱动加载装置实现了 10mmx6mmx0.33mm铝飞片18 km/s的发射.借助于金属箔电爆炸产生高压气体驱动,美国利弗莫尔实验室100kV电炮装置驱动9.5mm×9.5 mm×0.3 mm的Kapton膜至18 km/s,国内流体物理研究所98 kJ和200 kJ电炮装置分别驱动?10 mmx0.2 mm Mylar飞片和?21 mm×0.5 mm Mylar飞片到10 km/s.基于阻抗梯度飞片技术,采用汇聚型和非汇聚型结构三级轻气炮,实现了厘米量级铝飞片和TC4钛飞片12～15 km/s速度发射.这些超高速驱动技术的发展,为空间碎片防护研究提供了坚实的技术支持.     

Direct laser-driven ramp compression studies of iron: A first step toward the reproduction of planetary core conditions

The study of iron under quasi-isentropic compression using high energy lasers, might allow to understand its thermodynamical properties, in particular its melting line in conditions of pressure and temperature relevant to Earth-like planetary cores (330–1500 GPa, 5000–8000 K). However, the iron alpha-epsilon solid–solid phase transition at 13 GPa favors shock formation during the quasi-isentropic compression process which can depart from the appropriate thermodynamical path. Understanding this shock formation mechanism is a key issue for being able to reproduce Earth-like planetary core conditions in the laboratory by ramp compression. In this article, we will present recent results of direct laser-driven quasi-isentropic compression experiments on iron samples obtained on the LULI 2000 and LIL laser facilities.     

固体材料高功率激光斜波压缩研究进展

利用高功率激光诱导的应力波对固体材料进行高应变率斜波压缩,是近年来快速发展的新型动高压实验技术。与传统加载手段不同,它可以在数ns时间内以极高的应变率(106~109 s-1)将薄样品平滑加载到数千万大气压,并仍然保持其固体状态。结合多种先进的诊断技术,可以测得样品材料的热力学、动力学参数和原位微观结构特性,是研究动高压物理、物态方程和高应变率动力学问题的先进途径。本文梳理了这种技术的发展历程,对其加载和诊断技术以及已取得的主要结果进行综述,并展望了其发展前景。     

磁驱动飞片的一维磁流体动力学数值研究

磁驱动高速飞片技术是近年来发展的一种新型实验技术,在冲击波物理领域得到应用。该过程伴随着磁场扩散,并由此引起焦耳加热,使得飞片加载面的相状态发生变化,这决定了飞片厚度的范围。基于拉格朗日坐标系,利用磁流体动力学方程组、电阻率方程和状态方程数据库,对磁驱动铝飞片进行了一维磁流体动力学数值计算,获得了不同时刻铝飞片密度、温度的剖面分布,得到了磁场扩散速率随加载电流密度的变化关系。文章所选取的电导率方程只考虑到汽化点为止,对于等离子体形成的过程无法描述,如果要精确描述更高电流密度下的驱动过程,需考虑更为普适的电导率方程。磁场扩散速率随加载电流密度的变化存在转折点,在转折点前后可分别用两个线性关系表达式加以刻画。利用这些关系和冲击波物理相关知识,对磁压加载等熵驱动飞片实验样品厚度的选择进行了研究。     

Mg-W体系密度梯度飞片复杂加载实验的计算分析

采用弹塑性流体动力学计算方法对Mg-W体系密度梯度飞片复杂加载实验进行计算设计,考虑到飞片材料制备中单层厚度值和Mg-W最大阻抗混合质量百分数的致密条件限制, 提供12层Mg-W体系飞片的制备参数. 采用研制的梯度飞片在气炮上进行冲击加载-准等熵加载实验, 给出了飞片和LiF窗口界面处速度剖面的VISAR或DISAR实验测试结果, 并通过数值计算对实验数据进行对比, 对出现的异常现象进行了分析和实验验证, 提出以Mg-Cu为飞片材料体系的建议, 为后续深入开展可控加卸载路经和可控加卸载速率的实验研究奠定了基础.      

Shock waves and equations of state of matter

The physical properties of hot dense matter over a broad domain of the phase diagram are of immediate interest in astrophysics, planetary physics, power engineering, controlled thermonuclear fusion, impulse technologies, enginery, and several special applications. The use of intense shock waves in dynamic physics has made the exotic high-energy density states of matter a subject of laboratory experiments and enabled advancing by many orders of magnitude along the pressure scale to range into the megabars and even gigabars. The present report reviews the contribution of shock-wave methods to the problem of the equation of state (EOS) at extreme conditions. Experimental techniques for high-energy density cumulation, the drivers of intense shock waves, and methods for the fast diagnostics of high-energy matter are considered. It is pointed out that the available high pressure and temperature information covers a broad range of the phase diagram, but only irregularly and, as a rule, is not thermodynamically complete; its generalization can be done only in the form of a thermodynamically complete EOS. As a practical example, construction of multi-phase EOS for iron is presented. The model’s results are shown for numerous shock-wave data, the high-pressure melting and evaporation regions and the critical point of iron.