一种适用于各向异性材料的修正PUFF物态方程

给出一种适用于各向异性材料的修正PUFF物态方程,既能体现各向异性材料在压缩和膨胀过程中材料体积变化的非线性特征,又能反映材料的各向异性强度效应.以正交各向异性材料二维碰撞问题和X射线辐照下的二维热击波为例,利用有限元方法编写程序进行数值模拟,对根据传统PUFF物态方程和修正PUFF物态方程计算得到的平均正应力值作对比研究,结果表明,低压和拉伸状态下二者存在明显差异,在高压下二者趋于一致.     

正交各向异性材料的三维动态本构模型及其在脉冲X射线热击波模拟中的应用

基于三维应变条件下的应力-应变关系,利用Grüneisen物态方程、PUFF物态方程以及Tsai-Hill屈服准则和Johnson-Cook强度模型,建立了正交各向异性复合材料的三维动态本构模型。在此基础上,对一种碳酚醛材料在高能脉冲X射线辐照下所产生的热击波传播现象进行了三维模拟,得到了热击波模拟结果,并将各向异性本构模型与各向同性本构模型的模拟结果进行对比。分析表明,各向异性本构模型不仅反映了固体材料各向异性的特点,而且还能描述材料转变为气体后的动力学行为。模型的建立为各向异性复合材料在脉冲辐照环境下的应用打下重要的理论基础。     

“闪光二号”电子束辐照平板靶产生热击波的实验研究

 热击波是电子束辐照靶材料时在其内产生材料响应的一个重要力学现象。论述了近两年来我们在“闪光二号”装置上进行电子束辐照平板靶产生热击波的实验研究。使用的靶厚为2.8~6.5 nm,靶材为LY-12铝,靶上能通量为87~152 J/cm²。实验结果表明,实测热击波应力峰值为0.35~2.0 GPa,热击波平均作用时间约为0.29 μs,均半高宽约为0.14 μs,平均上升时间约为0.10 μs。     

脉冲X射线诱导的热击波

 对脉冲X射线诱导的热击波进行了一维数值模拟。研究表明：脉冲X射线热击波有两种不同的力学机制，其一是表面的汽化反冲，其二是热形变。     

一、二维弹塑性流体动力学数值计算的高精度新自由面格式

提出了适用于X射线或电子束辐照、爆炸和高速碰撞等问题的一、二维弹塑性流体动力学数值模拟计算的一种新自由面格式。对于X射线及电子束辐照材料与结构的热-力学效应的数值计算结果表明,该新自由面格式明显优于目前一直沿用的Richtmyer格式。从理论上证明了该新自由面格式具有三阶精度,而Richtmyer格式为一阶精度。     

模拟X射线热-力学效应电子束能谱的优化研究

实验室中主要采用电子束辐照来研究材料的热-力学响应规律,并以此为依据对材料抗核爆X射线的能力进行评估,此种评估方式忽略了电子束与X射线与物质相互作用中的差异,必然造成评估偏差。利用MCNP软件和约束最小二乘法,以1keV和3keV黑体X射线为优化对象,以电子束在介质中产生与X射线相同的能量沉积剖面为优化目的,对用于辐照铝、铜和钽三种材料的电子束能谱进行了优化计算,分别得到了它们的等效电子能谱。结果表明:等效电子能谱能够获得与相应的X射线一样的能量沉积剖面,可用作评估材料抗核爆X射线能力的依据;但等效电子谱与X射线和辐照材料均相关,应用中需依据辐照材料做出相应调整。     

脉冲辐照热激波与压缩应力波

 扼要地阐述了X射线、电子束辐照材料时所产生的热激波与高速碰撞、炸药爆炸所产生的压缩波之间一些不同的现象特征，可为热激波的分析、研究以及模拟提供参考。     

聚酯材料在脉冲电子束辐照下的动力学效应与材料参数

对聚酯材料在电子束辐照下的动力学效应进行了研究。采用Monte Carlo方法,计算了脉冲电子束在聚酯材料中的能量沉积;采用流体动力学方法,对聚酯材料在电子束辐照下的热击波和喷射冲量进行了数值模拟;采用将喷射冲量和热击波压力的数值结果与实验测量结果进行逼近的方法,得到了聚酯材料的升华能约为1.1 kJ/g,Grüneisen系数的常态值约为0.2。     

电缆X射线辐射感应电导率引起的非线性效应北大核心CSCD

对电缆X射线辐照非线性响应进行了数值模拟。分析了电缆X射线辐照的物理过程,针对同轴电缆和屏蔽多导体电缆,建立了基于有限元方法的二维电缆模型诺顿等效电流源计算方法,着重描述了二维模型下电缆介质辐射感应电导率效应求解方法,模拟了电缆X射线辐照非线性效应,给出了诺顿等效电流源非线性响应规律,并依据物理过程进行了合理性分析。模拟结果显示,由于辐射感应电导率的存在,随着X射线注量的增加,电缆响应幅度会存在明显的饱和现象。对特定类型的电缆,响应电流随着X射线注量增加,依次出现3个时间位置不同的电流峰值。     

─维热激波的解析解

 在小变形假设下，利用Laplace变换，导出了有限厚及无限厚材料中X射线辐照热激波的解析解。     

影响X光热激波数值模拟结果的若干因素

 是否考虑康普顿散射光子的输运，用何种材料模型描述熔化、汽化和应变率效应，选用怎样的迎光自由面差分格式以及空间步长大小等因素，对X光热激波数值模拟结果都会产生重要的影响。依据热激波一维数值模拟结果，对上述各种因素的影响进行了定量分析。计算表明：在X光能谱比较软和辐照量较大时，物态方程、迎光自由面差分格式和空间步长大小对热激波的计算结果都会造成重要影响；在X光能增变硬时，康普顿散射的影响增大；在低压时，本构关系和屈服强度基本上控制了热激波的衰减规律。     

Z箍缩动态黑腔形成过程MULTI程序一维数值模拟

Z箍缩动态黑腔能够高效地将Z箍缩丝阵等离子体动能转换为黑腔辐射能,为驱动惯性约束靶丸聚变提供高品质的X射线辐射场.利用一维双温多群辐射磁流体力学程序MULTI-IFE,研究了"聚龙一号"装置驱动电流条件下的Z箍缩动态黑腔形成基本物理过程.数值模拟结果表明,在动态黑腔形成过程中,辐射热波的传播速度比冲击波的传播速度更快,比冲击波更早到达泡沫中心,使中心区域的泡沫在冲击波到达前就已具有较高的辐射温度.对于"聚龙一号"装置动态黑腔实验0180发次采用的负载参数,辐射热波和冲击波在泡沫中的传播速度分别约为36.1 cm/μs和17.6 cm/μs,黑腔辐射温度在黑腔形成初期约80 eV,在冲击波到达泡沫中心前可达100 eV以上,丝阵等离子体外表面发射的X射线能量集中在1000 eV以下.本文给出了程序采用的计算模型、美国"土星"装置丝阵内爆计算结果和"聚龙一号"装置动态黑腔实验0180发次模拟结果.     

On the parallel shock waves in collisionless plasma with heat fluxes

A class of shock wave solutions is discussed for collisionless anisotropic plasma with heat fluxes. For the strictly parallel one-dimensional motions of a plasma the system of equations is written in divergent form and both linear and shock wave solutions are considered. Jump expressions for the parallel shocks are obtained in analytical form as functions of the shock upstream parameters.     

On the shock induced instabilities in collisionless plasma

Firehose, mirror and ion-acoustic instabilities behind MHD shock waves are discussed for collisionless anisotropic plasma with heat fluxes. For the parallel shock wave it has been demonstrated that initially stable plasma can be destabilized by the shock which leads to turbulence generation in the downstream flow. Upstream parameter domains are determined where such destabilization occurs.     

氙气中辐射激波的发光特性

本文模拟研究了氙气中X射线加热产生辐射激波的发光特性.辐射激波采用Zinn模型计算,并在模型中输入氙气的辐射不透明度和状态方程参数.研究发现,辐射激波伴随着丰富的光学演化过程,激波对外辐射强度表现出两个明显的亮度峰值和一个亮度极小值,辐射光谱也经常偏离黑体辐射光谱.对氙气不同位置光学特性的分析可知,激波和内部高温区的辐射吸收系数的动态演化导致了辐射激波的发光位置和辐射强度的变化.     

等离子体气动激励控制激波的机理研究

针对等离子体气动激励控制激波的热效应机理和电离效应机理的争议,分别采用热阻塞模型和离子声波模型,理论推导出了不同机理前提下电弧等离子体对尖劈斜激波的影响规律.对于热效应机理,激波变化规律是激波起始点前移、形状不弯曲以及角度减小;对于电离效应机理,激波变化规律是激波起始点仍维持在尖劈前缘点处、形状分为两段发生弯曲以及起始段的角度增大.针对该对立的理论推导结果,进行了电弧等离子体控制尖劈斜激波的超声速风洞实验研究,实验观察到尖劈斜激波起始点前移4 mm,激波角度减小8.6%,激波形状未发生弯曲.以热效应机理为前提推导出的理论结果与该实验结果相符,从而验证了等离子体气动激励控制激波是热效应机理在起主要作用. 关键词： 等离子体气动激励 激波 热效应 电离效应     

利用成像型速度干涉仪进行聚苯乙烯材料中冲击波调速的实验研究

利用一维实验,模拟了惯性约束聚变中烧蚀层中冲击波传输和多次冲击追赶过程.针对聚苯乙烯材料(CH)容易被X射线离化的问题,通过较详细的数值模拟,分析了用Au和Cu做阻挡层对冲击波信号的影响.利用两种不同的辐射源,研究了辐射源两个台阶强度变化对两次冲击信号的影响.经过分析,使用在Al基底上面加厚度为5 μm的Au膜以挡X射线的办法,获得了单次冲击在CH材料中加载和减速的清晰条纹图.利用在Al基底上加厚度为2 μm的Au膜和厚度为3 μm的Cu膜的方法,获得了两次冲击在CH材料中加速、减速和二次加载的条纹图.实 关键词： 光学诊断 冲击波调速 离化效应