冲击波物理与爆轰物理研究进展

在中国工程物理研究院(以下简称中物院)建院50周年之际,文章作者对近年来在中物院开展的冲击波物理与爆轰物理研究工作进展情况作了介绍.首先,对该项研究工作的意义作了说明.其次,简单回顾了过去完成的几个代表性研究工作.然后,对近期主要的研究方向,其中包括冲击波温度测量和高压熔化规律研究、高密度气体物态方程研究、固体物质的宽区物态方程实验和理论研究、高压本构关系研究、材料的损伤演化及动态破坏研究、爆轰波传播规律与驱动飞层研究,以及高能炸药起爆性能与热点形成机理研究在实验技术、规律性探索到理论建模方面取得的近期主要进展作了重点介绍.文章最后对未来研究作了展望.     

四参数普适物态方程

多种材料的拉格朗日体模量都符合对压强展开到二阶项的关系。以此为基础,建立了一种四参数物态方程,比三参数物态方程适用压力宽、拟合精度高、外推性能好。方程参数关联一、二、三阶导数,根据Hugoniot方程与等熵方程的导数关系,可以检验动高压与静高压实验数据是否相互适合。方程以统一形式表述冲击、等熵和等温压缩状态,适用于多种材料、全压力区,是一种普适物态方程。公式简单、运算方便,克服了传统的四参数物态方程结构复杂、公式冗长以及参数间高度关联而失去实用意义的缺陷。     

CTVD格式数值计算非均质炸药爆轰问题

将高分辨率激波捕捉格式CTVD格式拓展应用到非均质炸药爆轰的数值模拟问题.增加了化学反应率控制方程,引入Lee-Tarver点火成长模型,未反应的固体炸药和化学反应气体产物都使用JWL形式状态方程.数值模拟了非均质固体炸药PBX-9404和TATB的冲击起爆问题.获得了较高的爆轰波分辨率和光滑解区的数值精度,对具有复杂物态方程形式的固体炸药爆轰问题,CTVD格式具有简单实用、高效和高分辨的特点.     

零温物态方程输入参数B0K、B'0K和ρ0K的确定

在对Gruneisen系数高温高压下演化特性不作任何假设的前提下,建立了一种不依赖于等温物态方程具体形式,通过Hugoniot实验数据直接确定0 K零压等温体积模量B0K及其对压力的一阶导数B'0K和初始密度ρ0K等0 K物态方程输入参数的方法.通过与实验和理论数据的分析和比较,表明用这一方法确定的B0K和B'0K不仅合理,而且具有很高的精度,特别是B'0K的精度,要优于目前传统超声实验的测量精度.此外,这一方法所确定的ρ0K不仅在Gruneisen物态方程的框架内与相应的室温零压特性参数相适配,而且与低温热膨胀实验数据所确定的近0 K初始密度ρ0E非常吻合.     

从量纲分析观点看气体物态方程

从量纲分析的观点出发讨论气体物态方程的形式.指出理想气体的物态方程由量纲特征确定到只差一常数;玻意耳气体族的物态方程族由量纲特征完全确定;还给出了非理想气体物态方程的一般形式.     

工程技术中的宽区域物态方程问题

物态方程参数是许多工程理论设计不可缺少的重要参数.文章介绍了实际工程问题的物态方程研究对象、物理问题、研究方法、主要研究阶段,提出了关于物态方程研究与发展的进一步构想.     

沿等压路径求解疏松材料Hugoniot关系的微分方程组及其求解

 根据固体材料的三项式物态方程和Grüneisen物态方程,导出了沿等压路径求解疏松材料冲击温度和压缩体积随初始密度变化的微分方程组。从体积的微分方程出发,在假定Wu-Jing参量为常数的前提下,导出了冲击压缩体积和体积-焓物态方程的Wu-Jing表达式。采用数值差分方法求解微分方程组,计算了疏松铜的冲击压缩特性,并与文献中部分实验数据进行了比较,特别强调了热电子对冲击压缩体积、冲击温度和Wu-Jing参数的贡献。还讨论了Grüneisen物态方程与Wu-Jing物态方程的内在联系及后者的适用范围。     

基于比热的完全物态方程

在热力学中,一个封闭体系的完全物态方程指由两个状态量为自变量所确定的一种函数关系,由这个关系能够导出所有其他热力学量之间的关系.比如亥姆霍兹自由能F表示为体系的比体积v和温度T的函数F(v,T)时,就是这种完全物态方程.但是这种完全物态方程至今没有实际计算的表达式.我们以等温压强函数pT(v)和建立在德拜模型基础上的定容比热函数Cv(v,T)为基础,建立了一个有具体函数表达式的完全物态方程.用这种完全物态方程对几种固体金属材料进行了实际计算,所导出的热力学状态量和物性参数,与实验测量能够比较好地符合.这种完全物态方程在高温高压物理领域具有一定的应用价值.     

新型爆轰产物物态方程

 从位力（Virial）理论和相似假设出发，建立了爆轰产物物态方程，命名为VLW物态方程。本物态方程既适用于高压下炸药爆轰性能的计算，也适用于较高压强与中等压强状态下火炮发射药与火箭推进剂燃烧性能的计算。     

双电层相互作用下主动粒子系统的压强

自驱动粒子系统由可以从环境获取能量并转化为主动运动的粒子组成,与经典的被动粒子系统有显著的区别.对于这样的主动系统,是否存在经典的物态方程这一问题引起了广泛的关注.最近的研究以谐振子势场中的主动系统为模型,研究了物态方程的适定性.与之不同,本文探讨了封闭空间的主动粒子系统,在墙壁与粒子间存在双电层相互作用下,系统物态方程存在的条件及具体形式.结果表明,壁面压强与主动粒子的形状有关,当有墙壁施加力矩于主动粒子时,在力矩作用下粒子趋向转向平行于壁面的平衡态,而壁面-粒子相互作用强度增加使平行取向的趋势增强,从而使系统压强降低.此时压强和壁面的关联意味着主动系统没有通用的物态方程.同时讨论了在壁面-粒子相互作用强度极小或极大的情况下压强的形式,通过定义有效温度,给出了主动系统与理想气体类似的物态方程.此外研究发现,对于不同粒子,其形状偏离转动对称性的程度是影响主动粒子压强的关键因素.该结果对当前主动系统热力学性质的研究提供了一定的参考,并为更复杂的相互作用势下研究主动系统的热力学性质提供了基础.     

Effect of Hg addition on synthesis of Bi-based superconductors

We have investigated the effect of Hg addition on the superconducting properties of BiSrCaCuO system. Polycrystalline samples with nominal composition Bi₂Sr_2−xHg_xCa₁Cu₂O_y and Bi₂Sr_2−xHg_xCa₂Cu₃O_y (x=0.3) were synthesized and used to investigate the phase evolution by XRD, superconducting behaviour by R–T measurement and the structural grain boundary effects by SEM. From these measurements, it has been noticed that the phases obtained with both types of compositions are the same as Bi2212 but the T_c values are different. With additional annealing, T_{c zero} values were raised from 60 to 72 K in Bi₂Sr_2−xHg_xCa₁Cu₂O_y and 64 to 92 K in Bi₂Sr_2−xHg_xCa₂Cu₃O_y. Also, an improved grain boundary linkage has been observed by SEM for the 92 K sample.     

Improvement of the magnetic properties of low-neodymium magnets by minor addition of titanium

Rapidly solidified nanocomposite Nd₉Fe_77−xB₁₄Ti_x alloys, consisting of magnetic Nd₂Fe₁₄B phase and soft magnetic phases, were investigated. The effect of titanium addition on the structure and magnetic properties was studied. It was found that 2–4 at% Ti addition leads to substantial increase of the coercivity and maximum energy product, maintaining the remanence unchanged. The highest properties: J_r=0.81 T, _JH_c=907 kA/m, (BH)_max=99 kJ/m³, were achieved for the Nd₉Fe₇₃B₁₄Ti₄ alloy. This effect we attribute to the formation of fine and homogeneous grain structure and a change of the phase morphology in the Ti-containing alloys. The initial magnetization curve indicates a change of the coercivity mechanisms giving rise to pinning of domain walls, which is caused by reduction of the crystallite size.