多层介质对应力波传播特性影响分析

 通过在气炮上进行多层介质的低速冲击实验及相应的数值计算，分析了不同组成的多层介质对应力波传播特性的影响。结果表明：多层介质中的泡沫材料不仅能够改变应力波的幅值与作用时间，而且具有显著的吸能效果，引起应力波在传播过程中在各层介质中能量与动量分配的改变。通过对泡沫铝和泡沫混凝土两种软材料在多层介质中作用的比较表明，在低速冲击的实验条件下，含泡沫混凝土的多层介质具有较好的削波作用，含泡沫铝的多层介质具有较好的吸能性能。     

C30混凝土冲击绝热关系和Grüneisen型状态方程的实验研究

采用一级气炮加载技术和锰铜压力计测试技术,对含初始空隙的C30混凝土在一维应变条件下的冲击特性进行了实验测量和分析.基于锰铜压力计测量的压力波形,确定了C30混凝土材料的冲击绝热关系,即冲击波速度D与波后粒子速度u之间满足线性关系.再从C30混凝土的冲击绝热数据出发,获得了计及初始空隙度₀影响的多项式形式Grüneisen型状态方程中的各项系数.实测压力波形还显示：不同位置处的压力波形在迅速上升至峰值后均随时间逐渐衰减,而冲击波峰值又随传播 关键词： Grüneisen型状态方程 冲击绝热关系 混凝土     

二氧化硅气凝胶的防爆震性能及机理研究

利用聚偏二氟乙烯压电传感器研究了爆炸加载下冲击波在二氧化硅气凝胶中的传播特性,并对冲击波在二氧化硅气凝胶和泡沫铝中的传播特性进行了比较.结果表明:在二氧化硅气凝胶中冲击波的强度随传播距离的增加呈现指数衰减的趋势.冲击波在二氧化硅气凝胶中衰减比在泡沫铝中衰减明显.由于二氧化硅气凝胶内部特殊的纳米多孔网状结构,导致冲击波在二氧化硅气凝胶中的衰减效果较好.冲击波在二氧化硅气凝胶中的传播速度极低,因此冲击波在二氧化硅气凝胶中传播时卸载波的追赶卸载效应非常明显,这又进一步促进了冲击波的衰减.     

激光驱动冲击波在铝-金阻抗匹配靶中的传播稳定性

 针对神光Ⅱ第九路激光条件，利用1维JB程序和多台阶靶技术对冲击波在铝 金阻抗匹配靶中的传播稳定性进行了理论和实验研究，实验结果与理论结果基本吻合。结果表明，激光驱动冲击波在铝 金阻抗匹配靶中传播时，高阻抗待测材料金中的冲击波稳定传播最大距离急剧减小。因此，在进行铝-金阻抗匹配靶物理参数设计时，应保证高阻抗材料金台阶厚度满足冲击波传播稳定性，然后再按照阻抗匹配实验中两种材料的冲击波速度比来确定低阻抗标准材料铝的台阶厚度。根据神光Ⅱ第九路激光条件，铝-金阻抗匹配靶中铝基底厚度选取为30 μm左右较好，金台阶和铝台阶厚度应分别小于10 μm和17 μm。     

含泡沫铝防护结构的超高速撞击数值模拟研究

 泡沫铝是一种新型航天器防护材料,拥有良好的抵御空间碎片超高速撞击的特性。模仿泡沫金属的生产原理,建立了泡沫金属微结构几何模型,结合自编的光滑质点流体动力学程序进行了超高速撞击数值仿真,通过与实验结果的对比,验证了模型的有效性。提出了两种含泡沫铝的空间碎片防护结构,即填充泡沫铝结构和夹层泡沫铝结构。对这两种结构分别进行了仿真计算,获得了其撞击极限曲线。分析结果表明,在空间碎片防护领域涉及的大部分撞击速度区间内,填充泡沫铝结构的防护性能优于夹层泡沫铝结构。     

泡沫铝柱壳对药柱水下爆炸压力场影响的数值研究

基于流体弹塑性模型,建立了描述泡沫铝在爆炸载荷下的冲击响应方程;采用Lagrange差分格式,在均匀网格上对方程进行了离散;编写数值计算程序,进行了药柱水下爆炸的一维数值计算,重点考虑了泡沫铝对水中爆炸冲击波分布的影响。结果表明,数值计算结果与实验数据、LS-DYNA模拟结果基本吻合,证明所建立的泡沫铝流体弹塑性本构方程可以用来描述泡沫铝的冲击响应行为,且泡沫铝对水中爆炸冲击波压力场的影响显著。     

冲击载荷下分层梯度泡沫材料中的应力波传播特性

以一维应力波传播理论为基础,建立了3层金属泡沫材料受到刚性块撞击时的理论模型,研究了刚性块撞击3层泡沫圆杆时的动力响应过程,从理论上给出了刚性块在撞击过程中的速度衰减规律数值解。利用ANSYS/LS-DYNA分析了受刚性块撞击时塑性应力波在3层泡沫材料中的传播过程,比较了刚性块以及层间界面处节点速度的变化规律。通过对比有限元结果与理论结果发现:理论模型能够较好地预测冲击载荷下分层泡沫材料各界面的速度衰减规律;3层梯度泡沫材料比相同质量的单层均质泡沫材料具有更加高效的吸能和缓冲能力。由于理论假设忽略了反射波以及泡沫材料应变硬化效应的影响,理论解与有限元模拟结果之间存在一定的误差。     

爆炸载荷下舱内泡沫铝夹芯结构的动响应特性

为探索爆炸载荷下舱内夹芯复合结构的动态响应特性与防护效能,采用小尺度舱室结构模型实验,结合有限元数值分析,开展了不同爆炸距离下舱内双层泡沫铝夹芯结构的动响应特性和变形模式研究。分析了不同爆距下舱内爆炸载荷的作用过程和时空分布特性,讨论了在初始冲击波、初始冲击波叠加各壁面二次反射波和舱内爆炸准静态压力3种载荷下泡沫铝夹芯结构的变形模式。爆炸载荷下舱室壁板承受的载荷依次为初始冲击波、各壁面二次反射波和准静态气压。炸药在靠近舱室一端处起爆时,初始冲击波在近端壁的局部效应明显,在远端壁的作用范围更大,与舱室中心爆炸相比,其爆轰产物波动次数更少。泡沫铝夹芯结构的变形过程可分为泡沫芯层压缩、局部凸起变形和整体挠曲变形3个阶段,对应迎爆面板局部凸起叠加整体挠曲大变形、局部凸起叠加整体挠曲大变形和整体挠曲大变形3种变形模式。     

铝氧比对含铝炸药水下爆炸载荷及能量输出结构的影响

为了系统地研究铝氧比对含铝炸药水下爆炸载荷及能量输出结构的影响,在验证数值模型有效性的基础上,针对铝氧比分别为0、0.16、0.36、0.63的RDX基含铝炸药,利用耦合欧拉-拉格朗日方法模拟了其水下爆炸连续的全过程,考虑了冲击波载荷和气泡载荷之间的耦合作用,从冲击波、气泡和能量输出结构三方面对影响效应进行评估。计算结果表明:随着铝氧比的增大,含铝炸药水下爆炸冲击波衰减时间常数、冲击波冲量、气泡脉动周期、气泡最大半径以及比气泡能都增大;铝氧比为0.36时,冲击波峰值压力、冲击波能流密度和比冲击波能达到最大。铝粉的加入对气泡能的提高相对于冲击波能更加显著。     

铝纤维炸药水下爆炸性能研究

将纯铝用熔喷法制成铝纤维添加到炸药中,得到新型非理想混合炸药,通过水中爆炸实验,测试不同位置铝纤维炸药的压力时程曲线。对压力时程曲线进行分析,计算得到水下不同位置铝纤维炸药的冲击波压力峰值、冲量、冲击波能和气泡能。结果表明:铝纤维炸药的压力时程曲线可采用指数函数与双曲线函数进行分段描述,而用正态分布函数拟合气泡脉动压力曲线的效果不理想;铝纤维炸药水下爆炸比气泡能与总能量的比值为52%~58%,说明向基体炸药RDX中添加铝纤维对总能量有影响;总能量与爆热的比值为75%~85%,小于理论近似值(100%),说明铝纤维炸药爆炸时铝纤维反应不完全且破碎铝纤维消耗了一定的能量。     

X射线烧蚀泡沫-固体靶增压机理研究

X射线烧蚀泡沫-固体靶时界面失配会使得泡沫与固体靶中压力增加, 这一现象可用于研究高压下物质的状态方程. 本文以CH泡沫-Al固体靶为例, 研究了X射线烧蚀双层靶时的增压现象. 提出仅当泡沫中有冲击波产生时, 在固体靶中才会有增压现象出现. 文中基于冲击波强波近似, 理论分析了冲击波过界面情况与冲击波、稀疏波作用过程, 得到增压倍数与材料密度, 多方气体指数的近似表达式. 同时表明固体靶中增压产生的冲击波为高压脉冲, 会被紧跟热波的稀疏波追赶并稀疏. MULTI一维计算结果验证了该结论.     

Analysis of the impedance mismatch effect in foam-solid targets compressed by laser-driven shock waves

The impedance mismatch effect in a two-layer (low density plastic foam, and solid aluminum, respectively) plane target compressed by a laser driven shock wave is considered. In such targets the ablative pressure generated by absorption of laser light in the foam layer is amplified when crossing the foam-aluminum interface. In this paper an analytical model is developed to evaluate the shock pressure in the aluminum layer as a function of the density and thickness of the foam layer and of the laser parameters. The model is in good agreement with previously published experimental results [A. Benuzzi et al., Phys. Plasmas 5, 2827 (1998)]. Received 20 January 2000 and Received in final form 16 May 2000     

含铝炸药水下爆炸性能的实验研究

对RS211、HL-1、HL-2这3种含铝炸药和TNT炸药进行了水下爆炸实验,测量了4种炸药水下爆炸冲击波压力剖面和气泡脉动周期,获得了4种炸药水下爆炸冲击波的峰值超压、冲量、能量和气泡能。实验结果表明,在所研究的范围内,与TNT炸药相比,含铝炸药的冲击波能量有明显增加,约为TNT炸药的1.20～1.35倍,气泡能有显著增加,约为TNT炸药的1.50～2.30倍,表明在炸药中加入铝粉对于提高炸药水中爆炸威力是有益的。     

纳米铝粉点火机理的快速光谱研究

用光触发同步采集技术在多光谱系统上测定纳米铝粉与环氧丙烷快速反应的点火延迟时间和基团光谱强度,得出诱导激波作用下纳米铝粉的点火机理。X射线衍射(XRD)数据表明,等离子体方法生产的纳米铝粉由于活性较高表面有部分氧化,电子能谱(XPS)给出结果表明氧化层厚度～3nm,且其反应生成物的电子能谱显示氧化层厚度随诱导激波强度增加而相应增大。单色仪测定AlO(464.8nm)点火时间表明随诱导激波强度增大,纳米铝粉在环氧丙烷反应系统中的抛撒状态分布更均匀,颗粒受热面增大,受热率明显增大,且激波作用下铝粉表面3nm厚氧化层也极易被熔破,使内核活性铝气化与反应系统中的氧原子及含氧分子反应放热而达到点火状态。     

X射线辐射驱动冲击波的实验测量与分析

在腔内充CH发泡材料,提高辐射驱动冲击波的平面性.利用楔形铝膜测量辐射驱动冲击波发 光信号的条纹图像,从而获得冲击波速度和冲击波压力.利用冲击波速度与辐射温度的定标 关系,求得辐射温度. 关键词：     

纯六方相氮化铝泡沫材料的合成

在15 mL的不锈钢反应釜中,利用无水三氯化铝与叠氮化钠在无溶剂的条件下直接反应,合成出了六方结构氮化铝泡沫材料,反应温度650 ℃,反应时间3 h.扫描电子显微镜测试结果显示,该试样呈现泡沫状外貌特征.X射线衍射结果表明该试样为六方结构.不同温度条件下的吸收谱表明在202 nm附近存在尖锐的吸收峰.红外吸收谱中存在1381 cm^-1和730 cm^-1两个吸收峰.同时,提出了六方结构氮化铝泡沫材料的合成机理. 关键词： 六方氮化铝泡沫材料 合成机理 X射线衍射     

Focusing of shock waves induced by optical breakdown in water

The focusing of laser-generated shock waves by a truncated ellipsoidal reflector was experimentally and numerically investigated. Pressure waveform and distribution around the first (F(1)) and second foci (F(2)) of the ellipsoidal reflector were measured. A neodymium doped yttrium aluminum garnet laser of 1046 nm wavelength and 5 ns pulse duration was used to create an optical breakdown at F(1), which generates a spherically diverging shock wave with a peak pressure of 2.1-5.9 MPa at 1.1 mm stand-off distance and a pulse width at half maximum of 36-65 ns. Upon reflection, a converging shock wave is produced which, upon arriving at F(2), has a leading compressive wave with a peak pressure of 26 MPa and a zero-crossing pulse duration of 0.1 mus, followed by a trailing tensile wave of -3.3 MPa peak pressure and 0.2 mus pulse duration. The -6 dB beam size of the focused shock wave field is 1.6 x 0.2 mm(2) along and transverse to the shock wave propagation direction. Formation of elongated plasmas at high laser energy levels limits the increase in the peak pressure at F(2). General features in the waveform profile of the converging shock wave are in qualitative agreement with numerical simulations based on the Hamilton model.     

密度梯度薄板超高速撞击特性的实验研究

以二级轻气炮作为加载手段,在撞击速度范围为4.0—7.0 km/s内获得了Ti6Al4V/Ly12 Al/聚酰胺纤维密度梯度薄板的穿孔特性、验证板损伤特性和弹道极限特性.与Ly12 Al薄板的相应实验结果的对比显示,在相同撞击速度下,该密度梯度薄板的穿孔直径更大,且随撞击速度的增大而增加;其验证板上的撞击坑尺寸小,且随撞击速度的增大而减小;其弹道极限比Ly12 Al薄板的弹道极限高50%以上.分析认为,超高速撞击下Ti6Al4V/Ly12 Al/聚酰胺纤维密度梯度薄板中高阻抗的Ti6Al4V产生的峰值冲击压力比Ly12 Al薄板的峰值冲击压力高,这增强了对弹丸的破碎能力;而其中的聚酰胺纤维层延长了冲击波在薄板中的传播时间,增大了冲击波的耗散,使撞击过程中转化的不可逆功增多,从而消耗了弹丸更多的动能.使用这种密度梯度材料作为防护屏具有很好的抗撞击能力,在航天器空间碎片防护工程应用中具有很大的潜力.     

强激光冲击铝合金改性处理研究

利用新型聚偏1.1-二氟乙烯（PVDF）压电传感器,实现了对激光引发的冲击波压力的实时测量,得到激光引发的冲击波峰压在铝中成指数型的衰减规律;观测了不同约束层材料在铝靶表面产生的激光冲击波,研究了不同约束层对冲击效果的影响;最后用激光冲击强化装置对7050-T7451航空铝合金结构材料进行了冲击强化处理,对试件激光冲击区存在的残余压应力及位错密度进行了测量。结果显示经激光冲击处理的试件表面具有极高的残余压应力,可达-200MPa以上。激光冲击处理后铝合金的位错密度得到显著的提高,疲劳寿命提高到175％～428％。这些重要结果对激光冲击改性处理技术的实际应用具有指导性作用。