金属材料层裂再压实的模拟研究

激波在自由面卸载后金属内部经常出现层裂现象。若金属内层裂区再次受到冲击加载,则处于拉伸稀疏状态下的金属会逐渐被再次压实为密实介质,直至层裂区消失、再压实过程完成。由于金属层裂区初始拉伸状态的复杂性及再压实后物质状态的不确定性,复杂加载情况下宏观模拟该问题的可靠性验证存在困难。目前,在实验诊断难以准确给出金属层裂区进入再压实过程的初始状态及再压实状态的情况下,具有层裂区内部细节描述能力的直接数值模拟成为了验证宏观模拟可靠性的一种有效手段。首先,在直接数值模拟建模中将金属层裂区初始拉伸状态建模为仅含层裂片、仅含孔洞、同时含有孔洞与层裂片3类情况。然后,通过不同孔隙度、再压实速率、层裂片数及孔洞数下的直接数值模拟,统计得到了对应工况下金属层裂区的再压实状态。最后,在保证直接模拟与宏观模拟具有良好可比性的情况下,对层裂再压实过程进行了宏观建模及模拟分析。分析认为:在宏观网格断裂后处理算法使用全应力置零和温度不变的情况下,宏观模拟能够较好地模拟稀疏区内含层裂片情况下的金属层裂再压实过程及再压实状态;若金属层裂区内部以仅含孔洞的初始状态进入再压实过程,则无论孔洞塌缩是否形成界面喷射,宏观模拟均无法较好模拟该层裂再压实过程及再压实状态。     

金属射流发散性理论分析及数值模拟

分析经典射流理论和相关文献,给出了在汇聚点坐标系中金属Cu对碰形成射流的汇聚射流区、无射流激波封锁区、无射流强度封锁区和形成发散射流区域。对金属超声速射流形成的发散性问题进行了理论分析,诠释了Walker基于实验提出射流发散理论,证明了金属射流超声速部分可形成发散射流也可形成汇聚射流,且超过1.23倍体声速的金属射流必定是发散的。最后,应用自编的欧拉计算程序MEPH对金属Cu以不同速度、倾角对碰射流形成过程进行数值模拟,得到了分叉射流、空洞射流和密实稀疏射流等的典型射流发散模式图像,印证了理论分析的结果。     

微喷混合中的颗粒破碎效应

采用TAB模型,基于气-粒两相流程序对液态金属铅颗粒在氦气中的破碎过程进行了分析,获得了破碎特征时间、破碎后颗粒尺度等关键力学量;并对充气微喷射实验进行了数值模拟,考虑颗粒破碎效应后的模拟结果与实验结果较好符合。结果证实了充气条件下液态金属颗粒的再次破碎现象,可加深认识微喷混合的物理规律。     

凝聚介质中斜激波的反射

结合数值模拟和理论分析,研究凝聚介质中斜激波反射.采用龙格-库塔控制体积间断有限元方法,数值求解"刚性气体"状态方程形式下的欧拉方程组;理论分析凝聚介质中斜激波反射模式;运用激波极曲线理论,给出典型激波强度下正规反射向非正规反射过渡的临界角及波后状态.比较数值模拟结果和激波极曲线理论分析结果,得到典型弱、强斜激波的反射图像.     

冲击加载下孔洞诱导相变形核分析

用分子动力学方法模拟了冲击加载(沿［001］向)下单晶Fe中孔洞诱导相变形核及生长过程，并分析了初始温度对这一生长过程的影响.数值模拟显示：1) 相变形核首先出现在孔洞周围的(110)和(110)面上,并分别沿［110］，［110］向和［110］，［110］向生长成片状，之后核的生长方向则变为沿〈111〉向，形成“V”形板条状新相颗粒；2) 在相同冲击压力下，初始温度为300 K时在新相晶核边缘出现许多核胚，生成的新相颗粒比60 K时明显减小.这些现象表明，孔洞诱导相变形核及生长过程沿着特定晶向进行，而初     

铁冲击相变的分子动力学研究

用分子动力学方法模拟了单晶铁(Fe)在一定初始温度下冲击相变(α相→ε相)的微观过程，结果显示温度会导致冲击相变压力阈值降低.基于此微观过程，对加卸载波系的传播规律进行了相应计算和分析，结果表明在卸载过程中逆相变波(ε相→α相)相对于波前以当地纵波声速传播，而相对波后以亚声速传播，这可由卸载压力-密度曲线给出相应解释；计算了不同初态的卸载压力-密度状态曲线，并给出了逆相变带的分布，其分布规律显示了卸载过程逆相变的滞后现象. 关键词： 分子动力学 多体势 冲击波 相变     

加载波前沿宽度对铝表面微射流的影响

利用光滑粒子流体动力学方法,计算了金属表面沟槽在冲击下的微射流现象,详细讨论了微射流对加载波前沿宽度的依赖性. 计算结果表明：随加载波前沿宽度增加, 射流质量和头部速度都减小,同时低速喷射物所占比例增大. 对结果分析得出,微射流由沟槽斜面粒子在冲击加卸载后获得轴向速度,并在对称轴附近碰撞形成;射流体由沟槽斜面的金属薄层构成;当加载波前沿变宽,形成射流的金属层变小,这是由于沟槽斜面粒子的碰撞速度降低,碰撞角度增大,部分粒子碰撞时不满足射流强度封锁条件,而不再形成射流. 关键词： 微射流 光滑粒子方法 加载波前沿     

单晶Cu冲击加载及卸载下塑性行为的微观模拟

使用分子动力学方法对室温下单晶铜沿［001］和［111］方向冲击加载及卸载下的塑性行为进行了模拟,得到了Hugoniot关系以及冲击熔化压力,与实验基本符合. 加载过程中,较高的初始温度有利于位错的形核与发展. 通过对冲击波在自由表面卸载过程的模拟和分析发现：卸载过程呈现“准弹性卸载行为”;沿［001］方向卸载后大量不全位错环与堆积层错消失,而沿［111］方向卸载后只有少量层错消失,部分层错甚至会发展扩大. 关键词： 分子动力学 冲击波 塑性     

新型沟槽道微热管散热性能实验研究

微热管以其效率高、响应快且无能耗,在高功率集成微电子散热方面应用广泛。针对电子器件的小型化、高能耗发展趋势,本文提出一种新型沟槽道微热管结构,对该沟槽道微热管进行稳态和瞬态热性能实验研究,研究了风速、角度、加热功率等因素对该新型热管的热性能影响规律。结果表明,该微热管在整个散热器传热上起主导作用,性能比达到0.88,冷凝端温差为0.8℃,具有良好的均温性,该微热管加热功率为140 W,空气流速1.5 m/s时,换热系数可达2 359 W/(m^2·℃),热阻为0.27℃/W;高功率状态下可保持良好的热扩散性能,有效避免微热管的热应力集中,有望高效解决集成电子器件的散热问题。     

延性金属层裂强度对温度、晶粒尺寸和加载应变率的依赖特性及其物理建模

层裂强度表征了材料内部最大动态抗拉能力,并与材料本身的力学性质以及损伤早期演化相关.建立层裂强度计算的解析表达式,深入认识层裂强度所包含的微细观物理涵义,有利于更好地优化延性金属材料的层裂强度.目前大量的实验表明:延性金属材料的层裂强度对加载拉伸应变率、温度效应以及材料初始微细观结构具有很强的依赖关系.本文基于对孔洞成核与增长的损伤早期演化特性的分析,以及对温度效应和晶粒尺寸与材料本身力学性质之间关系的分析,给出了简单、实用的层裂强度的解析物理模型,物理模型的计算结果与典型延性金属高纯铝、铜和钽的层裂强度实验结果基本符合,从而验证了我们给出的层裂强度模型具有较好的适用性和预测性.