活性Whipple结构超高速撞击防护性能实验研究

以二级轻气炮作为加载手段,针对以PTFE/Al活性材料为防护屏的Whipple防护结构,开展不同弹丸尺寸、不同碰撞速度的超高速撞击实验。利用激光阴影照相设备,获得并分析了碎片云特性;通过回收的防护结构靶板,研究了活性材料防护结构超高速撞击条件下的后板损伤特性;通过与经典Christiansen撞击极限方程对比,获得活性材料Whipple结构防护性能,并拟合得到新型防护结构的撞击极限曲线。结果表明,相较于同面密度铝合金材料,活性材料超高速撞击条件下的冲击起爆反应使得碎片云中具有侵彻能力的碎片大幅减少,从而显著提升航天器的防护能力,撞击速度为2.31 km/s时最大可提升45%。     

钽酸锂、蓝宝石在高压下的光学性质从头算研究

采用量子力学从头算和赝势平面波基组以及非局域广义梯度近似(PP-GGA)方法对两种光学窗口材料(单晶LiTaO3和蓝宝石α-Al2O3)在0~250 GPa静水压力范围内的光学透明性进行了研究.结果表明,随着压力的增加蓝宝石和钽酸锂的最大吸收峰位置均向低波长区移动(蓝移).蓝宝石在0~250 GPa压力下,可见光范围内一直保持其透明性,而LiTaO3则在高压下时就变得不透明了,其原因是钽酸锂的前沿能带闭合而导致其吸收带宽随外界压力的增大变宽所致.     

一维应变压缩下TC4钛合金绝热剪切研究

 利用内径为57 mm的压缩气炮，在撞击速度为0.2~1.2 km/s（相应的靶中压力为3~15 GPa）范围内进行对称碰撞实验，以研究TC4（Ti-Al6-V4）钛合金在一维应变冲击压缩条件下的绝热剪切现象。对回收得到的受冲击样品，在扫描电镜（SEM）下进行细观金相分析。结果指出，一维应变冲击压缩条件下，TC4钛合金中绝热剪切带产生的对称碰撞速度阈值为500 m/s（相当于样品中的压力为5.87 GPa）；主剪切带与冲击方向约为45°角，带上有圆形和椭圆形两种孔洞且随碰撞速度的增大而增多和长大，这是典型的韧性损伤特征。随碰撞速度增大，产生与主剪切带成15°角的支剪切带。这些与理论预言相符。X射线能谱分析结果指出，剪切带内材料发生了(α+β)→β相的转变，是典型的相变带。剪切带的温度估算与实验提供的信息吻合。     

微声聚能穿孔装置优化设计及IED安全销毁实验

根据Held引爆理论,利用聚能射流使炸药只燃烧或发生不完全爆轰的特点,设计了微声聚能穿孔装置,并对装药结构进行了正交优化.实验结果表明,装置的消声能力良好,用于销毁模拟爆炸药盒时,装药仅发生低速爆轰,达到了安全销毁简易爆炸装置的目的.     

空间碎片几何形状对激光烧蚀冲量的影响规律

激光烧蚀驱动是移除厘米级空间碎片非常有前景的技术,但空间碎片不规则的几何形状对激光烧蚀产生的驱动效果有十分复杂的影响,是目前研究的难点和热点之一。从激光烧蚀驱动目标冲量耦合规律出发,基于通过目标表面顶点的三角化三维重构,提出了一种可以精确计算激光辐照外形不规则目标所产生冲量大小及方向的方法。以立方体、球体和圆柱体3个典型的几何外形规则的目标为对象,验证了该方法的计算精度。利用该方法研究了激光辐照几何外形规则目标和不规则类球体小行星"贝努"产生的冲量规律,给出了在特定激光入射角度下不同几何外形目标产生最大冲量的条件。这一方法和结果对激光烧蚀驱动移除空间碎片技术研究有重要参考作用。     

MgSiO_3钙钛矿高温高压特性的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法,计算了MgSiO_3钙钛矿在零温和0～150 GPa静水压范围内的晶体结构和弹性模量,并利用准简谐近似Debye模型,拟合三阶Birch-Murnaghan物态方程得到了其高温高压下的热力学性质.通过与现有的理论和实验的结果数据比较,确认在0～2000 K的温度区间内,第一性原理计算结合Debye模型能够较可靠地模拟在下地幔压力范围内MgSiO_3钙钛矿的热力学性质.     

First-Principles Study of Orthorhombic Perovskites MgSiO3 up to 120 GPa and Its Geophysical Implications

High-pressure behaviour of orthorhombic MgSiO3 perovskite crystal is simulated by using the density functional theory and plane-wave pseudopotentials approach up to 120 GPa pressure at zero temperature. The lattice constants and mass density of the MgSiO3 crystal as functions of pressure are computed, and the corresponding bulk modulus and bulk velocity are evaluated. Our theoretical results agree well with the high-pressure experimental data. A thermodynamic method is introduced to correct the temperature effect on the O-K first-principles results of bulk wave velocity, bulk modulus and mass density in lower mantle PIT range. Taking into account the temperature corrections, the corrected mass density, bulk modulus and bulk wave velocity of MgSiO3-perovskite are estimated from the first-principles results to be 2%, 4%, and 1% lower than the preliminary reference Earth model （PREM） profile, respectively, supporting the possibility of a pure perovskite lower mantle model.     

Hugoniot线上的一个经验常数——来自多孔材料Hugoniot数据的对比研究

 对不同初始密度样品冲击压缩Hugoniot数据的系统分析显示，对每种固体物质而言存在一个表征材料特性的沿其Hugoniot线不随冲击压力而变的经验常数β。β的数值随材料而异。对金属元素而言，该经验特性常数β与初始密实密度ρ₀之间遵循同一个幂指数关系。利用该常数β，可很方便地对不同初始密度的Hugoniot数据进行换算，并可以很方便地获得Grüneisen参数。还对β值为常数的适用范围作了讨论。     

下地幔温压下(Mg,Fe)SiO3钙钛矿的相稳定性——对冲击回收样品的微观分析

 在60~110 GPa冲击压力（估算温度为2 300~4 800 K）范围内进行了5发原始样品为(Mg_0.92,Fe_0.08)SiO₃顽火辉石的冲击压缩回收实验，对回收样品进行的X射线衍射（XRD）和红外吸收光谱（IR）分析结果表明：（1）回收样品的主相均是单链状结构硅酸盐，而非钙钛矿结构；（2）回收样品中均未观察到氧化物SiO₂和(Mg_0.92,Fe_0.08)O的XRD 和IR特征谱线；（3）回收样品的XRD、IR特征谱线变得简略，并发现了与原始样品有某些不同的特征谱线，随冲击压力增加，这种变化趋于明显；（4） 通过对比冲击压力在85 GPa以下和97 GPa以上回收样品的XRD、IR特征谱线，没有观察到明显的新谱线特征出现。结合先前的冲击Hugoniot状态方程实验数据分析，可以认为：在冲击压缩过程中样品处于钙钛矿结构，在冲击卸载过程中样品发生了由钙钛矿结构向单链状结构的逆转相变；特别是，在实验的温度压力范围内，不可能发生由(Mg_0.92,Fe_0.08)SiO₃向SiO₂和(Mg_0.92,Fe_0.08)O的化学分解相变，顽火辉石的高压相——钙钛矿结构是稳定的。回收样品和原始样品的谱线差异可能对应于高压加载或卸载过程引起的某种晶格畸变，而高压加载导致钙钛矿型顽火辉石晶格畸变的可能性更大。这一结果将对下地幔矿物学模型的建立和下地幔地震波探测结果的解释提供基础物理依据。