磁驱动平面飞片的一维磁流体力学计算

建立了电磁驱动平面飞片的一维磁流体力学模型,考虑了焦耳加热的影响,并对Sandia实验室Z装置上开展的一个实验进行了模拟计算,与实验结果的比较表明,计算给出的样品自由面速度历史曲线与实验VISAR测量的结果基本一致。还分析了焦耳加热对飞片的烧蚀情况,并分析了磁场穿透深度,给出了不同厚度飞片自由面的速度历史曲线。     

高灵敏度VISAR研究与设计

针对VISAR测速系统中的速度灵敏度问题 ,提出了折返式标准具设计 ,有效地提高了现有仪器的速度灵敏度 ,并就此设计进行了动态实验 ,实际测试了炸药驱动钢飞片自由面速度历史 ,取得了较好的测试结果。     

聚龙一号上磁驱动铝飞片发射实验的数值分析与再设计

聚龙一号上PTS-151发次实验中,磁驱动加速370 μm厚飞片测得的最大速度为18 km/s,磁驱动加速482 μm厚飞片测得的最大速度为19 km/s。采用MDSC2程序, 对PTS-151发次实验进行了数值分析,结果表明:PTS-151发次实验中测量的最大速度的含义不同于以往文献中飞片的最大速度。以往文献中发射飞片在测试过程中自由面未被烧蚀,测试的最大速度为飞片自由面速度;PTS-151发次实验中两个飞片在测量过程中自由面被烧蚀,实验测量的最大速度为飞片被完全烧蚀前的一瞬间飞片内部最后一个固体面的速度。在飞片自由面未被烧蚀之前,370 μm厚飞片的计算最大自由面速度仅为7 km/s,482 μm厚飞片的计算最大自由面速度仅为11.8 km/s,远低于测量值。对PTS-151发次实验条件下飞片尺寸进行了再设计,飞片厚度为680 μm时最优,既能保证自由面未烧蚀,又使得飞片的速度最大,达到17.5 km/s。     

一维平面磁驱动等熵加载发射飞片技术

探索了一维平面磁驱动发射飞片的实验技术,实现了在一个样品上同时发射两个不同厚度的飞片,并利用VISAR测试技术同时获得了两个飞片自由面完整的速度历史。其中在回路放电峰值电流密度为823 kA/cm的情况下,在上升前沿2 s内将厚度为0.38 mm、直径为4 mm的铝飞片发射到1.5 km/s,作用在飞片上的最大磁压力为4.25 GPa。显微分析发现,在飞片速度较高的情况下,飞片与镗孔底部剪切破坏的断口上,由于凝固过程中过冷度大有非晶等现象出现。进一步促进了磁驱动等熵加载、发射飞片实验技术、物态方程研究的开展。     

多点双灵敏度VISAR测爆轰驱动金属飞层自由面速度

为探索爆轰产物驱动金属飞层的运动规律，用多点双灵敏度VISAR对金属半球三个不同角度的速度历程进行了测量，得到飞层运动的速度-时间曲线，为理论分析与数值模拟提供了条件。     

爆炸箔起爆器小尺寸飞片速度测试

设计了一套爆炸箔起爆装置,通过精确控制桥箔-飞片-加速腔三者的定位,在飞片表面镀一定厚度的铝膜（铝膜的质量与飞片的质量相比可忽略）,合理选择VISAR探头的工作距离和与干涉腔延迟时间相关的条纹常数,屏蔽测试系统以及加设滤光片等,利用VISAR测试技术有效解决了小尺寸飞片速度的测试问题。给出了两种尺寸0.7 mm0.025 mm和0.5 mm0.025 mm飞片的速度测试结果。结果表明,采取新的措施后,获得了信噪比好、能正确反映爆炸箔起爆器驱动飞片物理过程的信号和飞片速度历史。     

激光干涉测速技术在爆轰实验中的应用

用四探头ＶＩＳＡＲ系统测量了铜管外表面在冲击波作用下的膨胀速度以及各种材料（Ｃ１１,Ａｌ,Ｆｅ,玻璃）平面飞片的自由表面速度。是的圆筒壁面径向膨胀速度大于１４００ｍ／ｓ,平面飞片自由面运动速度大于５５００ｍ／ｓ,各被测样品的速度－时间曲线反映了物体的连续运动过程。     

金属电阻率模型

修正了Burgess电阻率模型中的错误公式和算法流程,获得了与文献中结果完全相同的电阻率曲 线。采用Burgess电阻率对Z装置上的磁驱动飞片实验进行数值模拟,计算的自由面速度曲线与实验结果相 差较大。由于液体到达汽化点时,是气液混合体,因此从汽化点到临界温度的Burgess电阻率公式不应采用 气体计算公式,应改为气液混合体的计算公式。采用从汽化点到临界温度阶段修改为气液混合体的电阻率公 式进行数值模拟,计算的自由面速度曲线与实验结果、文献计算结果相吻合。     

测试爆炸箔起爆器的飞片速度

用双灵敏度VISAR测试爆炸箔起爆器的飞片速度历史。通过对飞片表面镀膜处理，消除了爆炸箔爆炸自发光产生的干扰，增加了飞片的反射率。在爆炸箔宽360 m，厚8.4 m，加速膛直径为1.2 mm，飞片厚0.12 mm，放电回路充电电压为4.5 kV，放电周期为750 ns的条件下，飞片最大速度为4.1 km/s，飞片加速时间约为150 ns，飞片达到最大速度的飞行距离约为0.3 mm。     

超高速发射实验及其数值分析

采用多介质流体高精度欧拉并行计算程序HVL-MFPPM,对Sandia实验室和中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室进行的两个超高速发射实验装置进行数值模拟,前者给出的二级飞片前界面速度历史与VISAR实验测试和HVL-CTH程序计算结果一致,后者给出二级飞片稳定时的速度和飞行姿态与实验测试结果吻合,同时还给出了128个和216个CPU计算的界面形状.为进一步获得更高二级飞片速度的实验装置设计提供了理论和数值分析基础.     

基于广义波阻抗梯度飞片的准等熵压缩技术

基于变截面杆的波传播特性，设计了一种“针床型”广义波阻抗梯度飞片，即在圆薄片基座上密排叠加许多犹如针尖的小正四棱锥。采用LS-DYNA软件中SPH算法对广义波阻抗梯度飞片高速击靶过程进行了数值计算，结果显示:在飞片击靶过程中，每一个小正四棱锥台可以看作“点”式加载脉冲源，产生一系列具有缓慢上升前沿的近似球面波，球面波相互叠加得到具有缓慢上升前沿的平面加载波形，从而实现对靶板准等熵压缩加载。在数值计算中详细讨论了飞片击靶速度、飞片几何特征参数对准等熵压缩加载特性的影响规律，为广义波阻抗梯度飞片的设计与应用提供指导。基于数值计算结果，采用激光选区烧结金属增材制造技术，制备了一种广义阻抗梯度飞片样品，在一级气炮上进行击靶实验，实测了靶板自由面速度时程曲线，波形呈现了准等熵压缩加载特性，并与计算结果进行了对比，两者基本一致，从而验证了广义波阻抗梯度飞片结构设计的可行性以及数值计算结果的可靠性。     

冲击压缩下氧化铝陶瓷中破坏阵面的传播

进行了平面冲击波压缩下氧化铝陶瓷中破坏阵面的实验测试和理论探索. 通过氧 化铝陶瓷的平板碰撞实验，借助VISAR测试系统测量了试件自由面的质点速度历程，并对回 收试件进行了电镜扫描观察. 质点自由面速度历程曲线表明，氧化铝陶瓷材料中存在破坏阵 面的传播. 考察了破坏阵面的传播特性，给出了陶瓷材料的动态破坏模型，并对破坏阵面的 传播进行了数值分析.     

非均匀性对自由面粒子速度信号的影响

在平板撞击实验中,通常利用应力计或VISAR来获得样品中应力历史或自由面粒子速度信号来研究材料的动态力学性能.本文采用含预制缺陷的K9玻璃作为研究对象,利用口径为37mm火炮加载装置,在靶样品的自由面上2 mm线长度范围内,利用16路激光多普勒探针测量系统(DPS),对样品自由面不同位置的自由粒子速度同时进行测量,此方法不同于传统的单点VISAR测量样品自由面速度,其空间分辨率为127μm,可分辨材料内部非均匀性(尺寸大于127μm的夹杂、缺陷等)对自由面速度信号的影响.本文的实验方法可为从细观尺度研究材料动态力学性能提供一种研究思路.     

MB2镁等四种金属材料的本构关系和动态断裂研究

采用炸药爆轰－分离飞片加载装置与电容传感技术相结合，由高速示波器连续记录靶板自由面速度剖面，通过波剖面的时间分辨测量，研究了ＭＢ＿２镁、ＬＹ－１２铝、钨合金、２１６９钢四种金属材料的动力学响应特性，给出了这几种材料在弹性－理想塑性模型假设下的本构关系，还给出了它们的动态断裂强度，并对标准化层裂强度与破坏比功、屈服强度之间的相关性进行了分析和讨论。     

间隙对爆轰加载下金属飞片运动特征影响的模拟分析

在炸药爆轰驱动含间隙双层钢飞片情况下，两层钢飞片间的间隙会影响外层飞片的首次、二次入射波波形及强度，进而影响外层飞片自由面速度等。为了更好地认识爆轰加载条件下金属飞片的运动特征，需要深入研究间隙对该动力学过程的影响规律。首先，开展了爆轰驱动含初始间隙双层钢飞片的简化建模及数值模拟，通过模拟与实验结果的对比，验证了简化建模的合理性；然后，对该模型的加载动力学过程进行了深入分析，给出了首次、二次加载的来源；最后，开展了不同间隙厚度对该动力学过程影响的模拟分析研究。自由面速度结果表明，随着间隙厚度由0.1 mm增加至1 mm以上，外层飞片自由面的首次起跳速度峰值先逐渐降低后基本保持恒定、二次起跳速度峰值由逐渐增加至基本不变。动力学分析结果表明，可将不同间隙大小的影响分为两个阶段，其分界判据是在爆轰加载后内层金属飞片是否能够在间隙部位发展为脱体层裂片：在间隙较小的情况下，内层飞片在间隙一侧无法发展为层裂片，在此阶段内，随着间隙厚度的增加，外层飞片的首次加载峰值压力降低、二次加载峰值压力增加；在间隙较大的情况下，内层飞片在间隙一侧可以形成厚度不变、速度稳定的层裂片，在此阶段内，随着间隙厚度的增加...     

光纤位移干涉仪在爆轰加载飞片速度测量中的应用

利用光学多普勒效应和外差方法搭建了一台光纤位移干涉仪。装置采用光通信行业中已经发展成熟的器件,主要由带尾纤的半导体激光器、三端口环形器、光纤探头、宽带探测器以及宽带高采样率示波器等构成。整个装置结构简单,价格便宜,采用了信号光和参考光同轴结构,实现了任意反射面的速度测量,克服了偏振模式色散的影响,能够实现长量程测量,量程达到20 mm。利用该装置进行了爆轰加载下飞片速度测量,测量最高速度达到1 300 m/s,工作距离达到20 mm,同时利用VISAR对飞片速度进行了对比测量,结果表明用两种不同方法所测得的速度曲线吻合很好。     

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.      

炸药爆炸驱动下铜板的层裂现

在进行炸药驱动铜板实验中,用激光速度干涉仪(VISAR)记录铜板自由面速度,观察到了铜板层裂现象,并用非线性有限元方法对爆炸载荷下铜板层裂过程进行数值模拟分析,得到了与实验结果吻合的计算结果。     

定向约束提高炸药作功能力的实验研究

采用任意反射面激光干涉测速技术,通过测量飞片的自由面速度,对比研究了50 mm50 mm的含铝炸药在10 mm厚的钢筒约束条件下和无约束状态时对50 mm1.5 mm钢飞片的作功效能,实验结果表明,采用钢筒约束装置后,炸药对钢飞片的作功效能明显提高,钢飞片的飞行速度提高了34.8％,动能提高了81.7％。     

爆轰波对碰驱动下金属圆管膨胀变形特性研究

采用高速分幅摄影和激光速度干涉仪（velocity interferometer system for any reflector, VISAR）联合测试技术,对HR-2钢管在爆轰波对碰驱动下的膨胀变形特性进行了研究。实验得到了圆管膨胀变形的过程图像以及圆管特定部位径向膨胀的位移-时间曲线和速度-时间曲线。采用LSDYNA-3D程序对HR-2钢管的膨胀变形过程进行了数值模拟,计算结果与实验结果吻合较好。