激光驱动X光背光照相技术在金属靶微层裂研究中的应用探索

利用神光Ⅱ装置发射强激光一方面对铝靶进行烧蚀加载,另一方面驱动铜背光靶发射X光对铝靶微层裂产物进行针孔背光照相,结果获得了可忽略动态模糊的高清晰照片,标准丝阵检验表明分辨率优于40 m。铝靶微层裂产物照片清晰显示,靶破碎存在不同分区, 这直观揭示了靶破碎的不同机制。实验成功验证了激光驱动X光背光照相技术在金属靶微层裂研究中存在重要的应用前景。     

考虑热效应的Vinet状态方程及其应用

 基于爱因斯坦模型将Vinet等人提出的关于金属固体的通用物态方程推广到包括热效应。采用最近邻普遍化Lennard-Jones势描述金属离子之间的有效配对相互作用,将每个离子的势能展开为离子位移的二阶泰勒级数,从而推导出爱因斯坦温度和Grüneisen常数的解析表达式,该表达式只与体积有关而与温度无关。推广方程包括的7个参数只有5个是独立的,在高于德拜温度时,只需要4个参数。对典型金属及两种非金属材料计算的结果与实验符合得很好。     

相场断裂方法发展概况

相场断裂方法自21世纪初开始发展以来,一直备受关注,在裂纹扩展模拟方面表现出了一定的特点,取得了一定的研究成果。本文分析了相场断裂方法较其他断裂模拟方法的优势,简单介绍了相场断裂方法的发展现状和发展趋势:目前脆性断裂相场方法已较为成熟,能够模拟诸多脆性断裂中的经典问题,在此基础上正在朝着解决多场耦合情况下的断裂问题发展,且也取得了一定的研究成果。最后,简单介绍了延性断裂相场方法的发展现状,提出在该方向进行深入研究的展望。     

铁高压熔化线的测量——熔化机理的影响

 铁的高压熔化线是高压物理和地球物理研究领域的一个重要课题。就目前的研究成果来看,存在一个公认的问题：静高压实验测得的熔化温度系统地低于来自动态加载实验的熔化数据——在核-幔边界压力下（330 GPa）,动压数据比静压数据高了近一倍（3 000 K）。从熔化相变的物理理论出发,对目前铁高压熔化线实验研究中的实验手段进行评述,并应用有关熔化相变理论的研究成果,对这一重要而未澄清的事实进行初步的探讨。结果表明：在目前铁高压熔化线的实验研究中,计及预熔化和冲击过热在静压和动压实验中对铁熔化温度的影响,可以得到相对自洽的实验结果。这一结果表明,地球核-幔边界压力下铁的熔化温度为3 850 K,外推可以得到铁在内核-外核边界压力下的熔化温度为6 000 K,核心压力下的熔化温度为6 300 K。这一结果还表明,地球液态外核的温度在3 500～5 100 K之间,与Anderson（1998）等推荐的数据一致。     

ANALYTIC EQUATION OF STATE FOR GENERALIZED LENNARD-JONES SOLID INCLUDING LOWEST-ORDER ANHARMONIC AND CORRELATION CORRECTIONS

Based on the cell model, the general formula for the free energy of solids is derived analytically with the lowest order anharmonic modification and correlation effect taken into account. Combining a method of summing over lattice sites, the analytic equation of state for generalized Lennard-Jones solid is derived. The calculations show that the agreement between theory and computer simulation is quite good and is significantly improved as compared with the numerical results in literature. The comparison of different effects shows the theory including all neighbors but only considering the lowest anharmonic and correlation effects may be a good and convenient approximation for practical solids. The approximation can be easily extended to the quantum case and other generalized potentials.     

中子辐照金属材料的脆化模型研究

金属材料的辐照脆化问题一直以来都是核能安全领域亟待解决的关键问题之一.为了更准确地预测金属材料的辐照脆化行为,基于Johnson-Cook本构模型,将未辐照金属材料的断裂真应力取作辐照材料的断裂真应力,建立了通过辐照退火态金属材料屈服强度就能够预测其整个真应力$\!$-$\!$-$\!$应变曲线,以及断裂真应变的辐照脆化模型.实验研究了不同中子剂量辐照退火态高纯铝的准静态拉伸真应力$\!$-$\!$-$\!$应变曲线、断裂真应力和断裂真应变随辐照剂量的变化规律.结果表明,辐照剂量越高,高纯铝的屈服强度越高,断裂真应变越低,但断裂真应力几乎不变.通过TEM显微分析获得了高纯铝内部辐照缺陷的尺寸和数密度随辐照剂量的变化规律,结果表明,辐照剂量越高,孔洞的尺寸和数密度越高,但位错环尺寸和数密度始终很小,难以准确统计.由辐照高纯铝实验数据拟合得到了辐照脆化模型所需参数,并检验了该模型的预测效果.结果表明,无论是通过实验还是显微分析得到辐照高纯铝的屈服强度,模型的预测结果均能够与实验结果较好地吻合,且模型对退火态高纯铝临界中子剂量的预测值也与文献结果一致.      

预应变对中子辐照高纯铝拉伸性能的影响

金属材料的中子辐照硬化和脆化一直都是核能安全领域十分关注的重要问题之一.为了进一步认识预应变对中子辐照金属材料塑性形变和最终断裂特性的影响规律,及其微观机理,本文研究了10%拉伸预应变高纯铝的拉伸应力-应变曲线、失稳应力和失稳应变等随辐照剂量的变化规律.结果表明,辐照剂量越高,预应变高纯铝内部孔洞的尺寸和数密度越高,导致屈服强度和极限拉伸强度越高,均匀延伸率和失稳应变越小,表现出典型的辐照硬化和脆化效应,但失稳应力与辐照剂量几乎无关.相同辐照剂量条件下,预应变引入的高密度位错能够显著降低辐照孔洞的尺寸和数密度,加之辐照退火效应的综合影响,导致预应变能够降低高纯铝屈服强度的增长率和失稳应变的下降率,从而表现出一定的抑制辐照硬化和脆化的能力,预应变还能够提高高纯铝的失稳应力,但整体而言预应变并不能提高高纯铝的延性.最后,基于J-C本构模型的中子辐照退火态金属材料的脆化模型能够直接应用于预应变金属材料,且模型预测结果与实验结果吻合较好.     

液氘的冲击压缩特性——自由电子气模型计算

用自由电子气模型对自由电子气(费米能为5eV)的冲击压缩雨贡纽曲线、冲击温度进行了数值计算。结果表明，自由电子气的冲击压缩极限近似为初始密度的4倍。     

样品粗糙度对材料SHPB动态压缩性能的影响

有效消减样品端面摩擦力是保证分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）实验结果有效性和准确性的必要条件。为了研究样品粗糙度和润滑效果对端面摩擦力和最终实验结果的影响,以应变率效应不敏感且性能稳定的紫铜为研究对象,通过机械加工配合酸蚀的方法制备了3种典型表面粗糙度的紫铜样品,分别在二硫化钼（MoS₂）充分润滑和完全不润滑的条件下各自开展高精度的SHPB重复动态压缩实验研究。结果表明,通常认为能够有效消减金属样品端面摩擦力的MoS₂仅能够在样品粗糙度不大于0.8 μm的情况下起到较好的润滑效果,随着紫铜样品粗糙度的增加,MoS₂的润滑效果不断降低,端面摩擦力不断增大,实验结果的分散性也显著增加。样品端面粗糙度为1.6 μm时,MoS₂已不能有效消减端面摩擦力;样品端面粗糙度达到3.2 μm时,MoS₂的润滑效果几乎为零。SHPB实验中使用MoS₂润滑金属样品时,压杆和样品实验端面的粗糙度需达到0.8 μm;腐蚀液处理后的金属样品外表面粗糙度难以达到0.8 μm,实验过程中需对样品端面进行比MoS₂润滑效果更好的润滑处理,或对实验结果进行扣除端面摩擦力的修正才能够保证实验结果的有效性和准确性。     

用冲击波合成法制备羟基磷灰石粉体

 羟基磷灰石（HA）已广泛用作人体硬组织的修复和替换材料，采用冲击波处理CaCO₃与CaHPO₄·2H₂O的混合物合成了HA粉末，并用XRD、SEM和FTIR对制得的粉末进行了表征。研究结果表明：与传统的高温焙烧法相比，冲击波法合成的HA粉末不仅有类似的晶相结构及成分，而且含有少量CO₃^2-离子，为类人骨的羟基磷灰石；其粒度更细、分布更均匀、内部存在大量的晶格畸变，有更高的活性。冲击波处理是合成HA粉末的一种新方法。