准等熵实验数据处理的反积分方法研究

目前准等熵压缩实验中仅能直接得到加载条件相同、厚度不同的平行样品的自由面/窗口界面速度历程. 为得到固体样品内部的信息, 在基于无黏流体反积分方法的基础上, 对该方法进行了改进, 修正自由面反射对应力波的扰动, 加入流体弹塑性模型计算偏应力, 通过优化调整等熵参考线方程中的参数, 反演出了样品内部任意位置处的准等熵加载历史, 得到了样品的热力学准等熵参考线. 通过和已有的实验计算数据的比较, 验证了反积分方法的可靠性,从而为准等熵实验提供了高效可信的反积分数据处理方法.      

内爆磁压缩准等熵加载过程分析与实验验证

利用磁流体力学程序SSS-MHD模拟了炸药柱面内爆磁通量压缩发生器CJ-100装置的加载过程,讨论了各项装置参数的影响,结果表明装置可达到的峰值磁场值与初始磁场值成反比关系。设计了铁/铜夹层结构的样品靶,在该型装置上开展纯铁的准等熵加载实验。利用光子多普勒测速探头测量到6.43 km/s的样品靶自由面速度,在DT4铁中获得206 GPa的准等熵加载压力。铁材料的压力-比容曲线与理论等熵线基本重合,表明内爆磁压缩加载过程具有较高的等熵程度。     

磁驱动平面准等熵加载装置、实验技术及应用研究新进展

利用脉冲大电流装置产生随时间变化平滑上升的磁压力,实现对平面、柱面等不同结构样品的磁驱动准等熵（斜波）压缩,为极端条件下材料动力学研究提供了一种偏离Hugoniot状态热力学路径的加载手段。本文从磁驱动准等熵加载装置、实验技术、数据处理方法等方面综述了磁驱动准等熵加载技术研究近十年的新进展,评述了利用磁驱动准等熵加载技术和方法开展极端条件下材料高压状态方程、高压强度与本构关系、相变与相变动力学等方面研究的进展情况,展望了磁驱动准等熵加载技术发展及其在材料动力学、武器物理和高能量密度物理等方面的应用前景。     

基于Monte Carlo方法的磁驱动准等熵压缩实验不确定度量化评估

磁驱动准等熵压缩实验是研究材料偏离Hugoniot状态高压物性和动力学行为的重要实验技术之一,开展不确定量化评估具有重要意义和价值。基于Monte Carlo原理,结合磁驱动准等熵压缩实验过程分析、Lagrange分析和特征线正向数据处理方法建立了适用于此类实验的Monte Carlo不确定度量化评估方法,实现利用磁驱动准等熵压缩实验获取材料声速、应力、应变等物理量以及状态方程和本构关系等物理模型的不确定度量化评估。利用建立的不确定度评估方法,对文献中已开展的钽、铜和NiTi合金的磁驱动准等熵压缩实验结果进行不确定度量化评估与分析。结果表明,基于本文中方法的评估结果与国外文献以相同原理得到的评估结果一致。对基于CQ-4装置开展的NiTi合金磁驱动准等熵压缩实验的评估结果表明,设计的磁驱动准等熵压缩实验是一种可靠的精密物理实验。在此基础上,深入讨论了磁驱动准等熵压缩实验的误差相关性和敏感性。结果表明：台阶样品厚度和粒子速度的测量是影响实验精度的主要因素。     

磁驱动准等熵压缩下LY12铝的强度测量

高压高应变率加载下材料的强度研究一直是冲击动力学的一个难题,目前动态载荷下材料的高压强度测量主要是基于平板撞击技术,冲击温升和应变率效应对材料强度的影响难以分离. 基于小型磁驱动加载装置CQ-4,开展了磁驱动准等熵压缩下LY12 铝的声速和强度测量的实验研究,讨论了考虑加载-卸载过程时磁驱动压缩实验的负载电极设计、实验样品设计、数据处理与分析等内容,并获得了12 GPa 压力范围沿加载-卸载路径的声速变化和峰值压力点的强度数据.      

动载荷下材料的屈服强度变化

描述了冲击加载和准等熵加载下获得材料动态屈服强度的方法,并以钨合金材料为研究对象,通过VISAR测试技术测量了钨合金材料在冲击加载下的屈服强度随压力的变化,并把实验结果与文献报道的准等熵加载下的材料强度变化的实测结果进行了比较。结果表明,准等熵加载下材料的屈服强度明显高于冲击加载下的材料屈服强度,并认为这主要是由于两种加载方式下材料的温升效应不同所造成的。     

基于广义波阻抗梯度飞片的准等熵压缩技术

基于变截面杆的波传播特性,设计了一种"针床型"广义波阻抗梯度飞片,即在圆薄片基座上密排叠加许多犹如针尖的小正四棱锥。采用LS-DYNA软件中SPH算法对广义波阻抗梯度飞片高速击靶过程进行了数值计算,结果显示:在飞片击靶过程中,每一个小正四棱锥台可以看作"点"式加载脉冲源,产生一系列具有缓慢上升前沿的近似球面波,球面波相互叠加得到具有缓慢上升前沿的平面加载波形,从而实现对靶板准等熵压缩加载。在数值计算中详细讨论了飞片击靶速度、飞片几何特征参数对准等熵压缩加载特性的影响规律,为广义波阻抗梯度飞片的设计与应用提供指导。基于数值计算结果,采用激光选区烧结金属增材制造技术,制备了一种广义阻抗梯度飞片样品,在一级气炮上进行击靶实验,实测了靶板自由面速度时程曲线,波形呈现了准等熵压缩加载特性,并与计算结果进行了对比,两者基本一致,从而验证了广义波阻抗梯度飞片结构设计的可行性以及数值计算结果的可靠性。     

超高压范围内金属铝的Hugoniot线和等熵压缩线计算

由状态方程数据库出发,结合热力学关系,计算得到超高压范围内金属铝的冲击绝热线和等熵压缩线,与国外发表的文献数据基本一致,进一步说明沿着冲击绝热线对材料进行压缩会遇到一个压缩极限,对金属铝的极限压缩比约为4．97,而沿着等熵压缩线则不会遇到压缩极限问题,通过等熵压缩加载可以实现比冲击加栽更大的压缩比。     

小型材料等熵压缩磁压加载脉冲功率发生装置理论设计

材料等熵压缩磁压加载技术是当今美、俄、法等国家用于材料完全物态方程和动力学性能研究的重要和热门手段.文章综述了国外材料等熵压缩磁压加载技术研究进展,分析了磁压加载等熵压缩的基本原理.在此基础上提出了适合国内实验室研究、压力范围50GPa以内的小型材料等熵压缩磁压加载脉冲功率发生装置的设计指标,即回路放电电流上升时间500ns以内、峰值1MA以上.进而利用OrCAD/Pspice软件对装置的电感、电容等基本参数进行了优化设计,基于此提出了达到设计指标装置的工作方式.     

PTFE/Al含能复合材料的压缩行为研究

金属/氟聚合物含能复合材料是一类新型的高级含能材料.研究了室温下Al含量和应变率对PTFE/Al含能复合材料压缩性能和反应性能的影响,所加载的应变率为6×10-3s-1～8×103s-1.材料压缩性能的应变率效应明显:与静态加载相比,动态加载下材料模量和强度明显提高,但应变降低.材料的损伤过程主要包括塑性变形、开裂和反应3部分.随着Al含量的增加,材料准静态和动态压缩强度均呈先升后降的趋势,在Al含量为35%时达到最高值102.6 MPa和154 MPa;引发反应所需加载的应变率增加,但对应的应力值差别不明显,基本在165 MPa左右,材料引发后反应完全性降低.     

Direct laser-driven ramp compression studies of iron: A first step toward the reproduction of planetary core conditions

The study of iron under quasi-isentropic compression using high energy lasers, might allow to understand its thermodynamical properties, in particular its melting line in conditions of pressure and temperature relevant to Earth-like planetary cores (330–1500 GPa, 5000–8000 K). However, the iron alpha-epsilon solid–solid phase transition at 13 GPa favors shock formation during the quasi-isentropic compression process which can depart from the appropriate thermodynamical path. Understanding this shock formation mechanism is a key issue for being able to reproduce Earth-like planetary core conditions in the laboratory by ramp compression. In this article, we will present recent results of direct laser-driven quasi-isentropic compression experiments on iron samples obtained on the LULI 2000 and LIL laser facilities.     

SUPER-ELASTIC CONSTITUTIVE MODEL CONSIDERING PLASTICITY AND ITS FINITE ELEMENT IMPLEMENTATION

Based on the experimental results of super-elastic NiTi alloy, a three-dimensional super-elastic constitutive model including both of stress-induced martensite transformation and plasticity is constructed in a framework of general inelasticity. In the proposed model, transformation hardening, reverse transformation of stress-induced martensite, elastic mismatch between the austenite and martensite phases, and temperature-dependence of transformation stress and elastic modulus of each phase are considered. The plastic yielding of martensite occurred under high stress is addressed by a bilinear isotropic hardening rule. Drucker-Prager-typed transformation surfaces are employed to describe the asymmetric behavior of NiTi alloy in tension and compression. The prediction capability of the proposed model is verified by comparing the simulated results with the correspondent experimental ones. Based on backward Euler＇s integration, a new expression of consistent tangent modulus is derived. The proposed model is then implemented into a finite element package ABAQUS by user-subroutine UMAT. Finally, the validity of such implementation was verified by some numerical samples.     

DISSIPATION-BASED CONSISTENT RATE-DEPENDENT MODEL FOR CONCRETE

An energy-dissipation based viscoplastic consistency model is presented to describe the performance of concrete under dynamic loading. The development of plasticity is started with the thermodynamic hypotheses in order that the model may have a sound theoretical background. Independent hardening and softening and the rate dependence of concrete are described separately for tension and compression. A modified implicit backward Euler integration scheme is adopted for the numerical computation. Static and dynamic behavior of the material is illustrated with certain numerical examples at material point level and structural level, and compared with existing experimental data. Results validate the effectiveness of the model.     

求解转子系统突加不平衡响应方法的研究

本文提出并研究了用传递函数分析法求转子系统的突加不平衡响应,讨论了求这一响应的最佳数值积分方法。用本文提出的理论解方法及三种常用的数值积分法:尤拉后差法,纽马克法,及呼伯特法,对一模型转子算例进行了分析计算,结果表明;尤拉后差法最适用于求转子系统的突加不平衡响应。本文提出的传递函数分析法,可以和试验模态分析方法相结合,以求解复杂转子系统的突加不平衡响应。     

Integration of self-consistent polycrystal plasticity with dislocation density based hardening laws within an implicit finite element framework: Application to low-symmetry metals

We present an implementation of the viscoplastic self-consistent (VPSC) polycrystalline model in an implicit finite element (FE) framework, which accounts for a dislocation-based hardening law for multiple slip and twinning modes at the micro-scale grain level. The model is applied to simulate the macro-scale mechanical response of a highly anisotropic low-symmetry (orthorhombic) crystal structure. In this approach, a finite element integration point represents a polycrystalline material point and the meso-scale mechanical response is obtained by the mean-field VPSC homogenization scheme. We demonstrate the accuracy of the FE-VPSC model by analyzing the mechanical response and microstructure evolution of α-uranium samples under simple compression/tension and four-point bending tests. Predictions of the FE-VPSC simulations compare favorably with experimental measurements of geometrical changes and microstructure evolution. Specifically, the model captures accurately the tension–compression asymmetry of the material associated with twinning, as well as the rigidity of the material response along the hard-to-deform crystallographic orientations.     

准脆性单晶材料动态压痕试验研究

本研究设计了由钛合金压杆与金刚石压头组成的动态压痕试验装置,研究准脆性单晶材料(冰糖和RDX含能晶体)等的高应变率响应。试验装置引入了动量缓冲块,可以避免压杆造成的多次压痕加载,对样品施加产生80μs脉冲宽度的动态压痕载荷。对比了多次与单次加载压痕加载的冰糖单晶压痕坑,其动态硬度值约为5.18MPa。RDX单晶在压痕载荷作用下非常容易发生断裂破碎,测得动态硬度值为1.304MPa。相比RDX单晶,冰糖单晶的塑性变形能力更好。用光学显微镜观察到了压痕坑的径向裂纹和侧边裂纹,试验研究给出了准脆性晶体在动态压痕载荷下的裂纹扩展模式。