纳米多晶铜中冲击波阵面的分子动力学研究

冲击波阵面反映材料在冲击压缩下的弹塑性变形行为以及屈服强度、应变率条件等宏观量, 还与冲击压缩后的强度变化联系. 本文使用分子动力学方法, 模拟研究了冲击压缩下纳米多晶铜中的动态塑性变形过程, 考察了冲击波阵面和弹塑性机理对晶界存在的依赖, 并与纳米多晶铝的冲击压缩进行了比较. 研究发现: 相比晶界对纳米多晶铝的贡献而言, 纳米多晶铜中晶界对冲击波阵面宽度的影响较小; 并且其塑性变形机理主要以不全位错的发射和传播为主, 很少观察到全位错和形变孪晶的出现. 模拟还发现纳米多晶铜的冲击波阵面宽度随着冲击应力的增加而减小, 并得到了冲击波阵面宽度与冲击应力之间的定量反比关系, 该定量关系与他人纳米多晶铜模拟结果相近, 而与粗晶铜的冲击压缩实验结果相差较大.     

衰减球面冲击波波阵面自模拟运动特性

指出衰减球面冲击波波阵面传播过程属于自模拟运动，提出衰减球面冲击波波阵面传播自模拟函数的概念，在此基础上推导出均匀介质中衰减球面冲击波波阵面自模拟传播公式.衰减球面冲击波波阵面自模拟传播公式与实验测试结果完全符合. 关键词： 自模拟运动 衰减球面冲击波     

冲击引起石墨→金刚石相转变机理的探讨

 通过对冲击引起石墨转变为金刚石两种相转变模型的比较和冲击波在疏松介质中传播特性的分析,研究了在冲击波阵面内形成热斑的机制和引起原子发生异常迁移的机制,进而探讨了在冲击波阵面内,在热斑区,石墨→金刚石的相变过程,以及卸载时金刚石的石墨化过程。     

辐射驱动条件下冲击波速度直接测量技术

 针对超高压下透明材料的高压离化机理,分析了透明材料中冲击波直接诊断技术的基本方法。利用Drude自由电子气模型,分析了不同冲击压力下冲击波阵面反射率的变化。设计了专门的实验,将探测器致盲区与信号区错开,获得了蓝宝石中冲击波阵面反射的信号。结果表明:冲击波速度为32 km/s时,其波阵面的反射率约为35%,致盲效应出现时间与激光脉冲峰值到达时刻相同,持续时间也与激光脉宽相同。分析了致盲应产生的原因,并提出了解决办法。给出了加蓝宝石窗口后的测速公式,经过和实验对比,确认了测速公式的正确性。     

2 TPa压力下2169钢的冲击压缩测量

 利用地下爆炸产生的冲击波进行2169钢冲击压缩测量。测量是根据阻抗匹配解方法并且以铁作为标准材料。布置47根接触电探针以确定2169钢和标准材料中的冲击波速度以及冲击波阵面形状。测量出的2169钢冲击压缩参数是：冲击波速度u_s=22.12 km/s，波后粒子速度u_p=13.39 km/s，冲击波压力p=2.31 TPa和压缩比σ=2.53。本测量结果与较低压力下化爆测量结果的外推值的比较表明，两者基本一致。     

柱形装药水中爆炸近场径向压力测试初探

 针对端面起爆柱形装药水中爆炸近场冲击波阵面呈现非球形传播的特点,采用分幅相机记录了炸药起爆36 μs内近场冲击波的传播情况,分析了冲击波在不同时间和不同位置的形状;采用两台高速扫描相机测量了侧边任意一点的冲击波速度,结合Rankine-Hugoniot关系,得到了冲击波阵面的压力;同时用LS-DYNA方法对侧边任意一点的压力进行了数值模拟,两者得到的结果基本一致。     

晶界对纳米多晶铝中冲击波阵面结构影响的分子动力学研究

用分子动力学方法研究了纳米多晶铝在冲击加载下的冲击波阵面结构及塑性变形机理.模拟研究结果表明:在弹性先驱波之后,是晶界间滑移和变形主导了前期的塑性变形机理;然后是不全位错在界面上成核和向晶粒内传播,然后在晶粒内形成堆垛层错、孪晶和全位错的过程主导了后期的塑性变形机理.冲击波阵面扫过之后留下的结构特征是堆垛层错和孪晶留在晶粒内,大部分全位错则湮灭于对面晶界.这个由两阶段塑性变形过程导致的时序性塑性波阵面结构是过去未见报道过的. 关键词： 晶界 塑性变形 冲击波阵面 分子动力学     

超高压下冲击波速度直接测量技术

针对超高压下透明材料的高压离化机理,分析了透明材料中冲击波直接诊断技术的基本方法. 利用Drude-自由电子气模型,分析了不同冲击压力下冲击波阵面反射率的变化. 从理论上比较了不同探针光波长反射率的区别,发现探针光波长为660 nm时比探针光波长为532 nm时获得的冲击波阵面反射率要高. 对探测器"致盲"问题也进行了研究. 通过分析反射信号的时间顺序和强度大小,发现"致盲"效应是由X光对透明窗口离化引起的. 同时,发现方波驱动脉冲平台的前沿到达时刻和X光离化效应出现的时刻相同,冲击波信号到达时刻晚于X光离化时刻. 通过实验结果,得到蓝宝石中冲击波速度为35 km/s时,其波阵面的反射率约为40%. 通过理论分析和实验数据比对的方法,验证了蓝宝石中的减速曲线. 给出了加蓝宝石窗口后的测速公式. 经过和实验对比,确认了测速公式的正确性. 关键词： 冲击波 光学诊断 成像 干涉仪     

JB-9014钝感炸药冲击Hugoniot关系测量

采用火炮加载技术对JB-9014钝感炸药进行一维平面冲击实验。通过激光干涉测速仪测量冲击波到达炸药样品前、后表面的时刻以及炸药/镀膜氟化锂窗口界面粒子速度。利用冲击波到达炸药样品前、后表面的时刻差和炸药样品的厚度计算出冲击波在炸药样品中的传播速度,并结合炸药样品/氟化锂窗口接触面处粒子速度求出炸药样品冲击波后粒子速度,进而获得了炸药样品在3.1~9.7GPa压力范围内的冲击Hugoniot关系。对炸药样品中冲击波速度以及波后粒子速度进行不确定度分析,得到炸药样品中冲击波速度和波后粒子速度的合成标准不确定度约为0.54%和1.7%。将未反应炸药的冲击Hugoniot曲线和冲击波阵面的Rankine-Hugoniot关系进行联立得到冲击波后炸药样品内的压力和密度,进而拟合得到炸药样品在冲击绝热状态下沿(p,ρ)面的p-ρ曲线。     

强爆炸早期火球现象的一维数值研究

采用一维球对称辐射流体力学方程组,构建直接求解辐射输运方程的一种数值方法,得到强爆炸早期火球发展过程中火球阵面、弹壳冲击波的形成发展过程.计算结果与Brode结果进行对比,二者一致,证明数值方法的合理性.数值模拟爆炸源区不同当量、不同密度以及不同爆炸高度等条件下强爆炸早期火球发展过程中火球阵面、弹壳冲击波的形成发展过程,对计算结果进行比较分析.     

激光驱动铝靶产生冲击波和热波的实验观测和分析

 在“星光Ⅱ”上,使用基频光打靶,采用几种厚度的铝介质平面靶,进行了冲击波、热波和稀疏波三波相互作用规律的初步研究工作,成功地观测到冲击波在前和热波在后的物理图像,并发展了相关诊断技术和方法。     

Shadowgraph investigation of plasma shock wave evolution from Al target under 355-nm laser ablation

The propagation of a plasma shock wave generated from an Al target surface ablated by a nanosecond Nd:YAG laser operating at 355 nm in air is investigated at the different focusing positions of the laser beam by using a time-resolved shadowgraph imaging technique. The results show that in the case of a target surface set at the off-focus position, the condition of the focal point behind or in front of the target surface greatly influences the evolution of an Al plasma shock wave, and an ionization channel forms in the case of the focal point set in front of the target surface. Moreover, it is found that the shadowgraph with the evolution time around 100 ns shows that a protrusion appears at the front tip of the shock wave if the focal point is at the target surface. In addition, the calculated results of the expanding velocity of the shock wave front, the mass density, and pressure just behind the shock wave front are presented based on the shadowgraphs.     

激波内部的导热问题

本文从实际气体有粘流的激波厚度解,用分子运动论讨论了激波内部导热问题,并且通过重组范诺流和瑞利流的选加提出了激波中导热问题的物理模型和相应的定态激波非平衡态不可逆过程的模型。证明了激波是一种负熵流波,是依靠激波波速输运热流的热波。     

Cell-like structure of unstable oblique detonation wave from high-resolution numerical simulation

A comprehensive numerical study was carried out to investigate the unsteady cell-like structures of oblique detonation waves (ODWs) for a fixed Mach 7 inlet flow over a wedge of 30° turning angle. The effects of grid resolution and activation energy were examined systematically at a dimensionless heat addition of 10. The ODW front remains stable for a low activation energy regardless of grid resolution, but becomes unstable for a high activation energy featuring a cell-like wave front structure. Similar to the situation with an ordinary normal detonation wave (NDW), a continuous increase in the activation energy eventually causes the wave-front oscillation to transit from a regular to an irregular pattern. The wave structure of an unstable ODW, however, differs considerably from that of a NDW. Under the present flow condition, triple points and transverse waves propagate downstream, and the numerical smoke-foil record exhibits traces of triple points that rarely intersect with each other. Several instability-driving mechanisms were conjectured from the highly refined results. Since the reaction front behind a shock wave can be easily destabilized by disturbance inherent in the flowfield, the ODW front becomes unstable and displays cell-like structures due to the local pressure oscillations and/or the reflected shock waves originating from the triple points. The combined effects of various instability sources give rise to a highly unstable and complex flow structure behind an unstable ODW front.     

冲击压缩下非均质脆性固体的弛豫破坏研究

通过平板冲击实验研究了富含微缺陷的非均质脆性固体的冲击压缩响应特性.选取“强角闪石化橄榄二辉岩”作为样品材料，利用激光速度干涉仪测量样品后自由面的速度历史，在冲击加载应力远低于样品材料Hugoniot弹性极限的条件下，观测到了表征破坏波出现的再加载信号，并且该破坏波的速度远大于玻璃中破坏波的速度，以接近于冲击波的速度在样品内向前传播，其形成机理与玻璃样品中的破坏机理不同，称之为“就位扩展机理”.采用同一冲击加载应力(～3.9GPa)作用于不同厚度的样品,获得了破坏波穿过样品的运动过程，确定出样品中破坏波的轨迹线近似为一条不过原点的直线，相应的产生此破坏波的弛豫时间约为0.5 μs.     

Processes of dissolution and hydrate formation behind a shock wave in a liquid with carbon dioxide bubbles

The processes of dissolution and hydrate formation behind the front of a shock wave of moderate amplitude in water with carbon dioxide bubbles are studied experimentally at various initial static pressures. The influence of a surface-active substance (SAS) in the medium on the processes of dissolution and hydrate formation behind the shock wave is investigated. It is demonstrated that behind a shock wave of moderate amplitude in a liquid with carbon dioxide bubbles an intensive process of dissolution and hydrate formation takes place, resulting in complete disappearance of the gas phase in a matter of a few milliseconds. The presence of an SAS in the medium does not significantly influence the processes of dissolution and hydrate formation within the investigated periods of time.     

冲击压缩下玻璃等脆性材料中失效波的研究进展

失效波的研究始于Rasorenov和Kanel发现K19玻璃样品后自由表面速度时程曲线上有反常再压缩信号。失效波是二十世纪九十年代冲击动力学研究领域的一个重要发现,它是指在一维平面应变冲击压缩下,在玻璃等脆性材料中由冲击波引起的一种独特的失效或破坏现象。较为系统地回顾近年来对失效波的研究工作,评述了研究现状、最新结果、发展趋势、研究方法和实验手段,对尚存的问题进行了分析讨论,并介绍了玻璃材料的基本特性。最后简单汇报了作在这方面的研究工作和取得的阶段性结果。     

单晶铜中冲击波阵面结构的数值模拟研究

 用分子动力学方法模拟计算了在初始温度为0 K时单晶铜中的冲击波结构,相互作用势采用铜的嵌入原子势（EAM）,模拟计算结果表明即使是在初始温度为0 K的FCC晶体中,冲击波波阵面后的区域也会向平衡态演化。局域分析表明冲击波阵面后区域的压力、粒子速度、应变和温度随时间逐步变化到稳定态,在所研究的冲击波强度（约262 GPa）下,波后区域的平均压力、粒子速度、应变均在约1 ps内逐渐上升并达到稳定值。动能温度在波阵面处始终为最大值,随着冲击波的传播,波后非零温度区域逐渐扩大,不同时刻的粒子速度分布函数说明波后区域逐渐向热力学平衡态演化,并最终达到热力学平衡,进一步的分析说明局域平衡是系统向平衡态演化的基本过程。     

凝聚炸药爆轰波在高声速材料界面上的折射现象分析

凝聚炸药爆轰在边界高声速材料约束下传播时,爆轰波会在约束材料界面上产生复杂的折射现象.本文针对凝聚炸药爆轰波在高声速材料界面上的折射现象展开理论和数值模拟分析.首先通过建立在爆轰ZND模型上的改进爆轰波极曲线理论给出爆轰波折射类型,然后发展一种求解爆轰反应流动方程的基于特征理论的二阶单元中心型Lagrange计算方法来数值模拟典型的爆轰波折射过程.从改进爆轰波极曲线理论和二阶Lagrange方法数值模拟给出的结果看出,凝聚炸药爆轰波在高声速材料界面上的折射类型有四种:反射冲击波的正规折射、带束缚前驱波的非正规折射、带双Mach反射的非正规折射、带λ波结构的非正规折射.     

Shock waves and formation of carbon dioxide hydrate at an increased pressure in the gas-liquid medium

The processes of breaking, solution, and formation of hydrates behind a shock wave of moderate amplitude were studied experimentally in water with carbon dioxide bubbles under different initial static pressures. It is shown that an increase in the static pressure in a gas-liquid medium leads to reduction of critical relative amplitude of the shock wave, corresponding to starting development of Kelvin — Helmholtz instability and bubble splitting into small gas inclusions behind the shock wave front. It is shown that the rates of carbon dioxide solution and hydrate formation behind the shock wave front are close by the value; their dependences on medium and wave parameters are determined. Calculations by the model of gas hydration behind the shock wave are presented. The work was financially supported by the Russian Foundation for Basic Research (grants Nos. 06-01-00142 and 06-08-00657).