用Hugoniot数据计算高压状态方程

 提出了利用Hugoniot数据、变形Morse势和Grüneisen模型来确定固体材料的高压状态方程的方法。该方法物理意义明确,表达式简洁。用此方法计算Au的高压状态方程,将所得的状态方程与Sesame数据库中Au的状态方程进行比较,发现在密度20~28 g/cm³内两者吻合较好,相对误差在0~10%的范围内,表明运用Hugoniot数据结合Grüneisen模型计算材料的状态方程是很适合的。     

自动校准的多相状态方程建模方法及其在锡中的应用

状态方程与描述能量、动量、质量守恒的偏微分方程一起，构成了可求解材料动态压缩行为的完备流体力学方程组。动态压缩下，相变会导致材料内能、密度、强度等物理性质的不连续变化，需要构建多相状态方程模型才能精确描述这些变化。通过多相状态方程模型的自动组装，采用计算机智能优化算法自动校准状态方程模型参数，发展了自动化的多相状态方程建模程序AEOS(automated equation of state)。利用AEOS，构建了锡的3套状态方程模型，3套模型的计算结果与相关实验结果基本一致，验证了AEOS程序的适用性。将构建的状态方程模型应用于一维流体力学模拟，发现锡冲击到17 GPa再等熵卸载到常压的压力-温度路径会经过β相-体心四方相-液相三相点，并且可以很好地解释在15.4 GPa的冲击压力下锡的微喷颗粒呈现固-液混合态的实验现象。AEOS的良好表现证明其在大型数字化科研平台以及高通量材料物性计算中将具有广泛的应用前景。     

多组元混合物状态方程

根据等温等压的热力学平衡条件及体积相加原理,建立了一种多组元混合物状态方程理论模型,基于单质的状态方程,得到混合物的内能、压力、定容比热容、压强系数、等温声速等。采用该模型计算了一种4组元钨合金的状态方程,与状态方程库提供的合金状态方程符合得较好。     

纯铁相变和层裂损伤的数值模拟

基于Hayes多相状态方程、非平衡相变速率模型、非平衡损伤演化模型和含损伤的本构关系,建立了同时考虑相变和损伤的数值模拟方法。利用该方法对纯铁的对称碰撞实验进行了数值模拟,分析了纯铁的相变和层裂损伤的相互作用。结果表明,纯铁材料中发生相变时,等厚样品中才会发生层裂,并且数值计算的样品自由面速度、层裂位置与实验结果吻合。     

利用受激布里渊散射脉冲压缩效应获得高功率激光输出

 讨论了利用受激布里渊散射效应实现高功率激光脉冲压缩的基本原理,并做了相应的数值摸拟计算。利用星光Ⅱ装置进行了脉冲压缩的原理性实验,获得了约60％的能量转换效率和近4倍的压缩比。     

一种计算固体冷能、冷压和结合能的新方法

 给出了利用Hugoniot参数计算材料冷能、冷压和结合能的一种新方法，对52种纯元素单质固体材料的计算表明，该方法的计算误差较小，对计算碱金属等外层电子数较少的材料效果尤佳。利用文中给出的冷能、冷压公式，计算出的铝、铜、银和锌等材料的冲击绝热线与实验数据符合得非常好。     

单模光纤中皮秒啁啾脉冲压缩

对单模光纤正群速色散区秒啁啾脉冲的非线性传进行了近似的解析分析和定量的数值计算。结果表明，负啁啾脉冲在传输过程中能得到有效压缩。压缩比与脉冲初始峰值功率和初始啁啾程度有关。初始峰值功率一定的脉冲，其压缩比随初始啁啾程度的增大面大，初始啁啾程度一定的脉冲，压缩比随初始峰值功率的增大而减小，表明自相位调制效应导致脉冲压缩效果变差。计算结果还表明，在脉冲时域宽度得到压缩的同时，光谱宽度也能得到同步压缩。     

双级受激布里渊散射压缩获得高质量窄脉冲波形

针对受激布里渊散射(SBS)脉冲压缩系统中经常出现的波形调制现象,提出一种抑制调制、改善窄脉冲波形质量的新方法——双级SBS脉冲压缩结构。此方法以"两次压缩,子峰能量主峰提取"为控制手段,能够解决输出脉冲的多峰调制问题,有望成为获得高压缩比、高质量窄脉冲的一种新途径。提出并建立双级SBS脉冲压缩系统物理模型和数值计算模型,并利用典型SBS介质CCl4和FC-72开展了实验研究,获得无调制单峰结构的压缩脉冲,并与理论模拟结果符合较好。     

螺旋型爆磁压缩脉冲功率源模拟计算

以间接馈电的两级螺旋型爆磁压缩发生器为初始功率源，基于等效电路模型，编制了一个螺旋型爆磁压缩脉冲功率源计算程序BCYSSYS。利用该程序对04型爆磁压缩发生器驱动电感负载进行了计算，并将计算结果与实验结果进行比较，两者基本吻合；对该发生器驱动电容负载进行了计算。同时利用铜金属丝电爆炸过程中电阻率与比作用量的关系数据表，对爆磁压缩发生器驱动含电爆炸丝断路开关的电感储能脉冲功率调节系统进行了数值计算。     

TNT炸药和乳化炸药驱动飞板的通用状态方程特征线法研究

 在爆炸气体动力学的基础上,利用特征线差分法,对飞板的运动规律进行研究。差分过程中,基于稳定爆轰的基本假设,根据二维定常流理论,推导了通用状态方程的特征线相容关系。利用爆轰气体密度取代特征线相容关系中的马赫数,导出了与物质物态无关的通用状态方程特征线法,编写了爆轰产物作用下飞板内部和边界的差分计算程序。利用该程序计算了飞板在TNT炸药和乳化炸药爆轰作用下的运动参数,研究了在不同质量比下TNT炸药和乳化炸药爆轰驱动飞板的抛掷姿态曲线,并与Richter公式计算结果进行了对比研究。     

基于Thomas-Fermi-Kirzhnits模型的物态方程研究

本文针对丝阵Z箍缩等高能量密度物理实验的数值模拟研究, 建立了一种适用温度、密度范围宽的三项式半经验物态方程. 三项式半经验物态方程包括零温自由能项, 电子热贡献项和离子热贡献项. 零温自由能项采用多项式拟合的方法确定. 多项式系数通过多项式计算的结果与高压缩比区域和压缩比为1时零温Thomas-Fermi-Kirzhnits模型计算的结果对应相等得到. 离子对物态方程的热贡献采用一种准谐振模型, 此谐振模型可以描述离子在固态相中的行为, 并且在高温度、低密度区域趋近于理想气体物态方程. 电子对物态方程的热贡献采用含温Thomas-Fermi-Kirzhnits模型计算. 利用所建立的三项式半经验物态方程计算了铝的等温压缩曲线, 并与实验数据做了对比. 给出了很宽温度、密度范围内铝的压强, 其数据与相应的SESAME数据库数据做了对比.     

螺旋型爆磁压缩脉冲功率源模拟计算

 以间接馈电的两级螺旋型爆磁压缩发生器为初始功率源，基于等效电路模型，编制了一个螺旋型爆磁压缩脉冲功率源计算程序BCYSSYS。利用该程序对04型爆磁压缩发生器驱动电感负载进行了计算，并将计算结果与实验结果进行比较，两者基本吻合；对该发生器驱动电容负载进行了计算。同时利用铜金属丝电爆炸过程中电阻率与比作用量的关系数据表，对爆磁压缩发生器驱动含电爆炸丝断路开关的电感储能脉冲功率调节系统进行了数值计算。     

爆炸压实过程中颗粒碰撞问题的SPH法数值模拟

 目前采用SPH无网格方法对大变形问题进行数值模拟已成为计算机仿真技术的研究热点。利用LS-DYNA程序中的SPH法对粉末爆炸压实过程中颗粒的碰撞问题进行了数值模拟。在二维及三维模型下，模拟出了微射流的产生及孔隙塌缩闭合过程，验证了粉末压实理论。另外还利用三项式状态方程及Rankine-Hugoniot关系推导得出了LS-DYNA中采用的高压下固体材料的Grüneisen状态方程。     

损伤度函数模型用于3种钢层裂的二维数值模拟

 把损伤度函数模型嵌入到二维有限元程序DEFEL中，并对3种钢（HR-2钢、2169钢及45钢）的平板撞击层裂实验进行了数值模拟，在模拟中计及材料的屈服硬化效应和Bauschinger效应的影响，较好地再现了实测自由面的速度历史，同时给出了样品中的损伤分布及其发展。在数值模拟中发现，断裂面附近所受最大拉应力介于由声学近似解析计算的层裂强度和从三项式固体状态方程出发得出的断裂理论值之间，并对三者之间的差异作了分析，表明数值模拟结果是合理的。     

内爆磁通量压缩过程的一维磁流体计算及分析

在一维内爆磁流体力学编码MC11D的基础上,引入了解析形式的状态方程组。利用改造后的编码对样品为铜材料的柱面内爆磁通量压缩实验进行了模拟,得到了样品管内壁的速度历史,材料的p-V关系曲线以及温升曲线。与原编码利用列表式状态方程数据库计算的结果比较,由两种状态方程模拟得到的速度曲线符合程度很好,所得p-V曲线的最大相对偏差为6.6%,温升曲线基本吻合,且模拟的速度曲线与实验结果符合较好。通过对MC11D编码的改造,拓展了其应用范围,使其可对未包含于现有列表式状态方程数据库中的材料进行模拟,为实验结果分析及数据处理提供了一种方法。     

20 GPa斜波压缩下PBX-14炸药的动力学响应

利用磁驱动加载实验技术和激光干涉测速技术,开展了未反应固体TATB基PBX-14炸药的斜波压缩实验,获得了20 GPa峰值压力下PBX-14炸药的后表面速度波剖面实验数据。基于阻抗匹配修正的迭代Lagrange数据处理方法处理实验数据,获得了0~20 GPa压力范围内PBX-14炸药的压力-相对比容关系、高压声速-粒子速度关系等动力学特性参数。结合等熵状态方程和由实验获得的动力学参数,对PBX-14炸药的斜波压缩实验过程开展了一维流体动力学数值模拟,计算结果与实验结果吻合良好,验证了本实验方法、数据处理方法及选取的物理模型的正确性。     

一种超高速发射实验装置的改进及其数值模拟

 以流体比容方法和三阶PPM方法为基础，给出了适用于三级气炮超高速发射过程数值模拟的多流计算方法和计算代码MFPPM。利用Sandia实验室一系列的实验装置及其结果对计算代码进行了验证和确认，获得了较好的数值模拟结果（其中最大相对误差为1.07%），同时对冲击波物理与爆轰物理实验室设计的实验装置进行了数值模拟，计算结果与实验结果相差1.04%。为了更好地满足超高压下材料状态方程的测量，提出了一种带汇聚型的改进装置设计，并给出了相应的数值模拟结果。     

两种状态方程参数的计算

在一定程度上,状态方程的形式与外推数据的置信度有直接影响,对于在高压下发生反应的材料,通过外推方式计算其未反应状态具有一定的意义。依据由Vinet以及Parsafar和Mason(简称P-M)等人提出的两种统一状态方程,对以其为等温压缩线的完全状态方程进行了研究。根据对热力学状态量的分析,从热压系数和定容比热入手,对完全状态方程的建立进行了讨论,给出了在已知物质等温线条件下构成状态方程的方法,并推导了Vinet和P-M两种表达式的完全状态方程形式。以几种材料为例,通过实验测量的冲击绝热线和有关参数,采用最小二乘法,对其状态方程进行了拟合。结果表明,由冲击绝热线拟合的状态方程与实验结果相吻合。     

介质参数对受激布里渊散射脉宽压缩的影响

 利用KrF激光和SF₆介质从理论和实验上研究了声子寿命和增益系数等介质参数对SBS脉宽压缩比和能量反射率的影响。理论上采用一维瞬态模型对SBS过程进行数值模拟，考虑了瞬态过程、介质吸收以及泵浦耗空的影响，计算了SBS介质不同参数对脉冲压缩影响的规律。实验表明，在实验参数的变化范围内声子寿命越短、增益系数越小，越有利于脉宽压缩。在0.68MPa下，脉宽压缩比达到8。数值模拟了声子寿命和介质增益系数单独变化时对SBS过程影响的规律，发现在声子寿命和增益系数同时变化时，SBS对泵浦脉冲的压缩有最佳点。     

铅的高压状态方程与熔化曲线

基于Gray三相状态方程模型,采用GRIZZLY的Grüneisen系数模型,对铅的冲击雨贡纽线、等温压缩线、等熵压缩线和熔化曲线进行了系统计算,优化参数,获得与实验数据一致的冲击雨贡纽线、等温压缩线与等熵压缩线,计算所得熔化温度线与X射线衍射实验结果吻合得很好。