激光驱动气库靶对铝的准等熵压缩实验研究

利用激光驱动气库材料形成的等离子体射流对材料进行斜波加载, 可以获得高应变率的准等熵压缩. 在神光III 原型高功率激光装置上开展了激光驱动铝材料的准等熵压缩实验, 成像型速度干涉仪VISAR记录到样品自由面连续、光滑的速度历史, 采用反积分法得到60 GPa以上的峰值压强, 加载上升沿约10 ns,应变率可达10⁸ s ^-1, 并且观察到了压缩波在样品后表面的反射效应.     

二级电炮加载技术研究

 利用常规电炮发射金属飞片的实验技术,将Φ10 mm×0.5 mm、Φ10 mm×0.3 mm铝飞片分别发射到300、500 m/s的速度且具有较好的平面度,有效拓展了电炮在相对较低的飞片发射速度和较低应变率下的加载能力（飞片速度约100 m/s、应变率小于10⁶ s^-1）,使之可以在更宽的应变率和加载压力下使用。利用二级电炮技术,对Zr₅₁Ti₅Ni₁₀Cu₂₅Al₉块体非晶合金进行了平面撞击实验,获得了较好的结果,该工作对电炮加载技术的推广应用有着重要的作用。     

低密度聚氨酯泡沫压缩行为实验研究

 在室温下，对一种低密度硬质聚氨酯泡沫进行了准静态压缩及应变率在1×10³～5×10³ s^-1范围内的冲击压缩实验。结果表明，所测试的聚氨酯泡沫材料在准静态实验与动态实验之间存在明显的应变率效应，但在纯动态实验中应变率效应不明显。最后，给出了以屈服应力、密度、应变等为参量的动态压缩本构关系，且能较好地与材料的动态压缩曲线吻合。     

爆炸载荷下纳米晶铜晶粒度分布及影响因素研究

 采用爆炸动态加载使粗晶铜发生高应变率塑性大变形的方法制备了纳米晶铜。利用X射线衍射法对其晶粒度进行了检测,借助于LS-DYNA3D非线性有限元程序对试样变形过程进行了数值模拟,在此基础上对应变和应变率进行了统计,分析了宏、细观应变对晶粒细化程度的影响。结果表明：采用爆炸加载法可制备出纳米晶铜,平均晶粒度范围可有效控制在100 nm以内;爆炸加载过程中应变率高达10⁴ s^-1,应变的提高有利于晶粒细化;在爆炸加载方向晶粒度成不均匀分布。     

动态断裂过程的数值分析及LY-12铝的层裂

 本文从文献[1]中用于分析柱壳动态膨胀断裂过程的损伤度函数出发，将它推广到对一维应变下层裂过程的数值模拟研究。试件材料为LY-12铝，其特性方程取为含粘性的本构方程形式。数值计算结果很好地再现了实测自由面速度u_fs随时间t的变化过程，并表现出层裂强度σ_c及层裂面上的临界损伤度α_c都分别是应变率ε_c'的单调递增函数关系。σ_c~ε_c'的这种变化规律在许多文献中已屡见报道，例如可见文献[2-3]。在10⁵ s^-1~10⁶ s^-1应变率范围内，σ_c~ε_c'关系可以表示为ε_c'exp(-11.4α_c)=2 100 s^-1，这个式子可以作为一种层裂判据使用。数值计算还给出了层裂片的损伤度剖面，其形状特征与Barbee等对回收试件的细观测量结果在定性上一致。     

橡胶材料的动态压缩性能及其应变率相关的本构模型

 利用Instron万能试验机与LC4超硬铝合金分离式Hopkinson压杆设备,对3种不同波阻抗的橡胶材料——炭黑母胶（Carbon Black Rubber）、硅橡胶（Silicone Rubber）和泡沫橡胶（Foam Rubber）在较大应变率范围（0.002~15 000s^-1）内进行了单轴压缩实验,研究应变率对橡胶材料力学性能的影响。实验结果表明：3种橡胶的准静态与动态应力-应变曲线具有不同的应变硬化形式,且动态加载下随着应变率的增大,硬化效应逐渐增强;在准静态及高应变率（12 000~15 000 s^-1）压缩下,泡沫橡胶表现出多孔类材料压缩曲线的弹性、塑性崩塌及致密化3段特征。基于Rivilin应变能模型,构建了一个应变率相关的动态本构模型,模拟结果与实验结果吻合较好,可以用于描述较大应变率范围内3种橡胶的非线性应力-应变关系。     

温度与应变率对钽流动应力的影响

 研究了温度在-100～400 ℃、应变率在10^-5～10³ s^-1范围内温度和应变率的变化对钽的流动应力的影响。结果表明,钽的流动应力对温度和应变率的变化相当敏感。同时还就两种本构模型对钽的温度效应与应变率效应的不同处理方法作了比较,指出Zerilli-Armstrong模型能更好地描述温度与应变率对钽流动应力的影响。     

纳米金属Tm的电子浓度研究

电子浓度是与金属的宏观特性相关的重要参数.反射光谱和霍尔效应分别是得出电子浓度和载流子浓度的基本实验.两个纳米稀土金属铥Tm样品(样品1,平均粒径100nm,样品2,平均粒径10nm)的红外---紫外反射光谱实验表明,金属铥Tm表面的反射光学性质具有金属的特征,6s能带具有与碱金属相近的电子浓度n_p,数值分别为2.434×10²⁸/m³和1.701×10²⁸/m³.而样品的霍尔效应实验测得金属Tm的载流子是电子-空穴型的,载流子浓度n_H仅分别为8.032×10²⁴/m³和7.679×10²⁴/m³,仅仅是费米面附近的电子-空穴状态.另外,铥Tm的电导率比半导体的大3个量级.晶粒纳米化使电子浓度n_p减小,电导率σ减小,载流子浓度减小,而霍尔系数R_H增大.     

高温高应变率下纯锆的本构模型研究

 研究了常温至1 073 K、不同应变率下（4.1×10^－4 s^－1～2.8×10³ s^-1）锆的压缩力学性能。结果表明,锆的流动应力对温度和应变率的变化比较敏感,随应变率的提高而增大,随温度的升高而降低。基于位错动力学理论,建立了锆的本构模型,并考虑塑性变形过程中孪晶演化的影响,对模型进行了修正。修正后的本构模型预测结果与实验结果吻合较好,可描述很宽应变率和温度范围内锆的塑性变形行为。     

Hf-基非晶合金的力学性能研究

 利用MTS810实验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）,对Hf_44.5Cu₂₇Ni_13.5Ti₅Al₁₀块体非晶合金进行了准静态和动态压缩实验,应变速率范围为10^-4~10³ s^-1,给出了不同应变速率下非晶合金的应力-应变曲线,并对其压缩断口形貌进行了扫描电镜观察。结果表明：在准静态压缩条件下,Hf_44.5Cu₂₇Ni_13.5Ti₅Al₁₀非晶合金不具有应变速率敏感性,在由放射区和扇形区组成的断口形貌上观察到纳米级韧窝和60 nm左右的周期性条纹结构;在动态压缩条件下,随着应变速率的增加,动态屈服强度明显减小,合金具有应变速率敏感性,同时断裂表面为夹杂着脉络条纹的絮状结构。进一步观察发现,动态压缩断口上存在3种特征断裂形貌：树枝状条纹、典型脉络花纹和合金熔体。     

In situ observations of compressive behaviour of aluminium foams by local tomography using high-resolution X-rays

We have investigated the compressive behaviour of closed-cell aluminium foams using a high-resolution X-ray CT. The microstructures of cell walls or Plateau borders in the foams were visualized in 3D using the local tomography technique which is a high-resolution CT method to reconstruct a region of interest within a large sample. The shapes and the 3D distribution of micropores, particles, and regions of solute segregation in the foams are evaluated, comparing the cell walls with the Plateau borders. Under compressive loads, the damage behaviour of such microstructures has been observed using an in situ test rig. It is found that the microcracks were mainly initiated from the cell walls and the micropores with large diameters were also damaged. The crack initiation sites are classified from the results. In addition, a method for non-destructive characterization of elastic and plastic deformation in the foams, which is called a 3D microstructure gauge (MG) method, is presented. Thousands of micropores as markers on each load were automatically matched by the information of those volumes and surface areas. The local strain mapping by the MG indicates that the edges of the micropores with large diameters have large strain under compression and this is consistent with the crack analyses.     

强激光辐照下纯铝的力学响应和层裂的实验测量与分析

 采用速度干涉（VISAR）测试技术，对强激光辐照下纯铝的动态力学响应和层裂特性进行了实验测量和分析。样品厚度分别为200 μm 和485 μm，激光脉冲的半高宽约为10 ns，功率密度变化范围为10¹⁰~10¹¹ W·cm^-2。实测了样品自由面速度波形，反映了强激光加载作用下材料损伤演化过程以及损伤对材料动态响应的影响。计算得到了冲击波强度(2.0~13.4 GPa) 和不同拉伸应变率下铝的层裂强度(1.6~2.3 GPa)。在所采用的实验条件和1维近似下，激光辐照产生的冲击波强度与激光功率密度之间成线性关系。最后讨论了层裂强度与拉伸应变率之间的关系，显示层裂强度随着拉伸应变率的增加而增大。     

中国锦屏地下实验室缪子辐射环境蒙特卡罗方法模拟

用蒙特卡罗方法对中国锦屏地下实验室（CJPL）的缪子辐射本底进行了模拟。在对宇宙线缪子进行模拟时,依据海平面缪子流强Gaisser公式建立模型,并利用MUSIC程序,模拟了CJPL实验室的剩余缪子归一化能谱,进一步利用FLUKA程序模拟得到了缪致光子、中子的产额和平均能量。结果表明:剩余缪子的平均能量369 GeV,通量3.1710-6 m-2s-1,次级光子总的注量率约1.5710-4 m-2s-1,次级中子总的注量率约8.3710-7 m-2s-1。通过与世界上其他地下实验室本底水平的对比,表明CJPL的缪子辐射环境低于世界上大多数地下实验室。     

Influence of dispersoids on microstructure evolution and work hardening of aluminium alloys during tension and cold rolling

The influence of dispersoids on work hardening of aluminium during tension and cold rolling has been studied by comparing Al–Mn alloys containing similar amounts of solutes but various dispersoid densities. The microstructure evolution with deformation strain was examined in transmission and scanning electron microscopy. It is found that a high density of fine dispersoids strengthens the materials significantly, but their strengthening effect diminishes as the strain increases. From a series of Bauschinger tests, it is found that the internal stress, due to particles, increases rapidly at the initial stage of deformation, but saturates at strains larger than 5%. It is concluded that the internal stress makes a small contribution to the work hardening and contributes to less than 10% of the total flow stress during monotonic loading at strains larger than 5%. The work-hardening behaviour has been correlated to the corresponding microstructure, and the strengthening mechanisms are discussed.     

Measurement of interaction force between RGD-peptide and Hela cell surface by optical tweezers

Since RGD peptides (R: arginine; G: glycine; D: aspartic acid) are found to promote cell adhesion, they are modified at numerous materials surface for medical applications such as drug delivery and regenerative medicine. Peptide-cell surface interactions play a key role in the above applications. In this letter, we study the adhesion force between the RGD-coated bead and Hela cell surface by optical tweezes. The adhesion is dominated by the binding of α5β1 and RGD-peptide with higher adhesion probability and stronger adhesion strength compared with the adhesion of bare bead and cell surface. The binding force for a single α5β1 -GRGDSP pair is determined to be 16.8 pN at a loading rate of 1.5 nN/s. The unstressed off-rate is 1.65 × 10-2s-1 and the distance of transition state for the rigid binding model is 3.0 nm.     

钽靶板在冲击下层裂过程的数值模拟

对平面冲击加载下延性金属钽的层裂行为开展了数值模拟研究。利用AUTODYN软件中的Lagrange与SPH求解模块,考察了3种本构模型Johnson-Cook、Steinberg-Cochran-Guinan与Zerilli-Armstrong的模拟结果,结合实验数据对模拟结果进行了验证;在此基础上,通过改变撞击速度与飞片厚度,获得了不同应变率下的自由面速度曲线,分析了不同应变率下的层裂特性。结果表明:在2.31×10⁴~5.40×10⁴s^?1应变率范围内,SPH求解器结合Steinberg-Cochran-Guinan本构模型的结果与实验数据具有较好的一致性;金属钽的层裂强度随拉伸应变率的增加而增大,在对数坐标系下近似呈线性关系;不同层裂强度计算方法得到的结果差异可达8%;随着拉伸应变率的增加,自由面速度回跳速率随之增长。最后,对自由面速度曲线中的特征参量的物理意义进行了解读。