Bi在固液混合相区的冲击参数测量及声速软化特性

冲击相变与熔化作为材料特性的一项重要研究内容,对于多相物态方程构建具有重要意义.本文利用追赶稀疏原理和阻滞法,基于火炮加载技术获得了17.3—28.3 GPa范围内纯铋(Bi)的高精度声速数据和Hugoniot参数,分析了声速软化规律,得到固-液混合相区Bi材料声速随压力的近似线性递减关系C=3.682-0.015p,并进一步确定Bi的冲击熔化压力区间为18—27.4 GPa.同时,Bi/Li F界面速度剖面的预期平台段在固液混合相区表现出渐进爬升的异常特征,分析认为,该现象与Bi材料的非均匀熔化动力学行为及冲击熔化完成时间尺度较长有关.     

一种高密度玻璃的多形性高压相变和物态方程研究

在二级轻气炮上用无氧铜飞片直接撞击重玻璃平板样品(密度为4.817 g/cm³,材料牌号:ZF6)开展了冲击压缩实验研究,压力范围为52.1—167.8 GPa,并采用多通道瞬态辐射高温计和光分析技术测量了其雨贡纽线、高压声速和冲击波温度等动态特性.实验结果显示,上述性质在三个不同压力区间出现不连续性变化,表明冲击压缩下该样品材料存在多形性高压相变,相变起始压力分别为23,78和120 GPa.实测声速先是随冲击压力的增高而增加,并在78 GPa附近出现急剧下降,之后又随压力增长,并在120 GPa之后下降到体波声速,表明材料进入高压熔化相.温度数据同样在78和120 GPa处出现明显的不连续变化,并在120 GPa之后变化趋于平缓与计算的Lindeman熔化线相符,进一步印证了上述相变行为.实测雨贡纽数据与LASL数据库中的重玻璃数据相符,结果显示除23 GPa附近有一明显的突变外,高压区数据几近线性变化,表明重玻璃的两个高压相变均为二级相变.本文报道的重玻璃材料高压物性数据和序列相变认识对于发展反向加载技术、提高材料声速测量精度和适用压力范围具有实用价值. 关键词： 重玻璃 冲击温度 卸载声速 冲击相变     

铁高压熔化线的测量——熔化机理的影响

 铁的高压熔化线是高压物理和地球物理研究领域的一个重要课题。就目前的研究成果来看,存在一个公认的问题：静高压实验测得的熔化温度系统地低于来自动态加载实验的熔化数据——在核-幔边界压力下（330 GPa）,动压数据比静压数据高了近一倍（3 000 K）。从熔化相变的物理理论出发,对目前铁高压熔化线实验研究中的实验手段进行评述,并应用有关熔化相变理论的研究成果,对这一重要而未澄清的事实进行初步的探讨。结果表明：在目前铁高压熔化线的实验研究中,计及预熔化和冲击过热在静压和动压实验中对铁熔化温度的影响,可以得到相对自洽的实验结果。这一结果表明,地球核-幔边界压力下铁的熔化温度为3 850 K,外推可以得到铁在内核-外核边界压力下的熔化温度为6 000 K,核心压力下的熔化温度为6 300 K。这一结果还表明,地球液态外核的温度在3 500～5 100 K之间,与Anderson（1998）等推荐的数据一致。     

钒的冲击熔化原位X射线衍射测量研究

高压结构与相变研究对理解物质在极端压缩条件下的性质变化和动力学响应行为具有重要的科学价值,然而部分过渡金属的动/静高压熔化线差异一直是多年来悬而未解的科学难题.其中动、静高压固-液相界幅值差异最大的是第五副族金属,以钒最为反常,至今仍缺乏自洽的物理认识和理解.本文采用高能脉冲激光驱动的瞬态X射线衍射诊断技术,对冲击压缩下钒的熔化特性进行了研究,首次获取了冲击压缩下钒在200 GPa范围内的晶体结构响应随压力变化的衍射图谱.研究发现,冲击压力为155 GPa时,钒仍保持固态bcc相;至约190 GPa时转变为液态.这一结果否定了早期确定的静压熔化线,与最新的冲击熔化线及高温高压相图符合,为钒高压熔化线的统一认识提供了新的微观实验证据.本工作亦可推广至其他材料熔化特性的研究工作中.     

低孔隙度疏松锡的高压声速与相变

为研究微孔洞对锡的高压相变的影响, 对含亚微米孔洞的疏松锡(疏松度m=1.01)进行了冲击加载-卸载实验. 利用DPS(Doppler pins system)测得了31.8-66.1 GPa冲击压力下疏松锡/LiF界面粒子的速度剖面, 获得了各压力下的纵波声速与体波声速, 给出了该疏松锡的冲击熔化起始压力约为49.1 GPa, 获得了各压力下的剪切模量与泊松比. 结合密实锡与疏松锡的高压纵波声速、体波声速与剪切模量, 界定密实锡的冲击熔化压力在53.5-62.3 GPa之间, 高于疏松锡的值, 表明微孔洞明显降低了冲击熔化压力. 对密实锡准确的冲击熔化压力值还需要进一步的实验数据. 测试的固态压力范围内的声速数据没有明显奇异点, 表明疏松锡没有类似密实锡的固态bcc 相变发生.     

低孔隙度疏松铝的高压声速与冲击熔化

对含微孔洞疏松度m=1.04的疏松铝进行了冲击加载-卸载实验,利用DISAR(distance interferometer system for any reflector)测得了53至99 GPa五个冲击压力下疏松铝/LiF界面粒子速度波剖面,获得了各压力下的纵波声速和其中三个压力点的体波声速,确定出疏松铝的冲击熔化压力约为81 GPa,确定出高压下冲击熔化前的泊松比约为0.372.通过分析,微孔洞明显降低了冲击熔化压力,引起的非谐振效应明显,状态方程计算中考虑非谐效应,非谐因子l 关键词： 低孔隙度 疏松铝 声速 冲击熔化     

冲击压缩下单晶LiF高压声速及卸载路径研究

 采用二级轻气炮加载手段，在5~79.1 GPa冲击压力范围内，利用加窗VISAR技术对氟化锂（LiF）单晶样品进行了研究，得到了不同冲击压力下的纵波声速、体积声速以及卸载路径。实验结果显示：单晶LiF沿冲击绝热线的Lagrange纵波声速随粒子速度呈线性变化；在5~79.1 GPa冲击压力下，单晶LiF并未发生熔化及其它相变；卸载路径及速度剖面弹塑性明显。     

金属Bi的卸载熔化实验研究

在火炮上利用金属铋(Bi)直接撞击单晶LiF窗口, 开展了金属Bi反向碰撞的冲击加载-卸载实验研究, 实验采用激光位移干涉测试系统, 获得了金属Bi在11—16 GPa压力范围内完整的卸载粒子速度剖面. 实验结果结合特征线方法计算表明, 金属Bi经冲击加载进入体心立方相, 并在11—16 GPa冲击压力作用下发生了卸载熔化, 界面粒子速度剖面的卸载拐点, 对应着金属Bi经冲击加载后发生的卸载熔化, 而这一结论同Cox的理论计算及一维流体力学程序计算结果基本一致. 本文报道的金属Bi卸载波剖面解读技术, 对于认识冲击加载下其他相似材料相变具有实用价值.     

缺陷形状及角度对于铝材料微喷射的影响

目前，一般认为引起微喷射的主要物理机制有：(1)试件的表面缺陷(如凹坑、划痕等)形成的微射流机制，很可能是微喷射的主要来源。(2)在冲击波作用下，晶界处产生局部能量沉积，而形成“热点”，致使物质局部熔化甚至汽化。(3)材料表面的杂质可能产生微层裂或剥落而形成微喷射。在材料发生微喷射的过程中，这些机理经常同时存在，对于不同的材料，在不同的条件下，可能是不同的机制起主导作用。在实验中发现，铝试件在冲击压为40GPa时，其表面温度大约为500K，这大大低于931K的熔化温度。因此，可以认为铝材料在冲击压力低于40GPa时，没有熔化现象发生。故而对于纯铝试件，当冲击压力达到约30GPa时，铝材料表面缺陷形成的微射流是其微喷射的主要机制。     

多孔铁冲击温度的分子动力学模拟

 采用Matsui和Anderson提出的Morse型有效原子对势及导带电子热激发能贡献，通过分子动力学方法（MD）对多孔铁的冲击温度进行了数值模拟。计算时，采用了在一定冲击压力下多孔铁样品已转变为均匀介质的近似。多孔铁冲击温度的模拟结果与经合理修正后的热力学计算结果相一致。这个结果表明：在一定的冲击压力下，多孔材料样品确实存在一个热力学平衡状态下的温度值。以上结论可能也适用于更高孔隙率的样品，当然这一观点还需要更多的实验结果给予证实。     

高压下材料弹性声速的一种经验表达式

 将铝、铁、铜等七种材料弹性声速的实测数据进行分析处理发现，其弹性声速随压力的变化均可以用一下关系：ln c=A₀+A₁ln p+A₂ln²p，很好的拟合。拟合结果与实测值的相对误差小于5%。     

声速测量实验中压电接收端的声压随位置变化的规律

本文介绍了我们所研究的共振干涉接收端声压振幅方程以及用微机解此方程的数学计算方法。     

空腔流动的大涡模拟及气动噪声控制

大涡模拟(LES)和三维的Ffowcs Williams-Hawkings声学比拟方法相结合,研究空腔过流的一种噪声控制措施.空腔的底板/后墙使用多孔壁板,因此流体可以穿透空腔壁面,多孔效果使用Darcy压力-速度关系模拟.声源流场由LES计算,声辐射和远声场由声学比拟获得.结果表明,这种措施有效地减弱了空腔内的压力脉动和远场声辐射,低频脉动Rossiter模数对应的波动幅值被有效抑制,声源中偶极子占优项大幅度减小,从而抑制了声辐射.     

Sound speed in air-filled sand and 03ine shallow-layer sandy sediments

Based on the author's theory for acoustic propagation in granular media and by employing the extinction theorem, the sound speed formulae in these media were derived. The numerical computations of sound speed in 03ine sediments and air-filled sand were carried out, and the results demonstrated that under the normal atmosphere the sound speed in air- filled sand is lower than the sound speed in the air. The numerical results also indicated that the influence of scattering interaction between the grains upon the sound speed in the 03ine shallow-layer sandy sediments has to be taken into account; however, the influence of the viscous-wave interaction can be neglected. The theoretical results obtained from the rigid-granular model seem to match the measured data better than from the elastic-granular model, even the latter model fits better for the real situation, indicating further measurements are necessary in order to gain an insight into this problem thoroughly. Through an analysis of experimental data published in journals a conclusion can be drawn that the theory of granular media is suited to deal with the problems of the sound propagation in air-filled sand better than the theory of porous media.     

多孔介质中甲烷预混气火焰传播特性实验研究

本文对甲烷预混气在多孔介质中的火焰传播特性进行了实验研究,在开口竖直管中充填多孔介质,通过改变预混气氧含量使火焰在不同多孔介质中传播并测量火焰传播速度。预混气中氧含量最高达到29％。实验结果表明:多孔介质中甲烷可燃预混气火焰传播速度大于其层流火焰传播速度,可达到5倍以上(当量比的甲烷-空气预混气);多孔介质当量孔直径越大,或预混气层流火焰速度越高,则预混气火焰传播速度越高;多孔介质中可燃混气的火焰传播界限变小,当量孔直径大的多孔介质其界限值较大。实验结果与Babkin提出的多孔介质中的火焰传播机理相符。     

一种多孔铁的冲击压缩性

 用二级轻气炮作为动态加载装置,用电探针技术和阻滞法在80～160 GPa压力范围内测量了平均初始密度为6.904 g/cm³的多孔铁的冲击压缩性。实验结果表明,其冲击压缩线可以用D=2.977+1.603u_p的线性关系描述（D,u_p分别是冲击波速度和粒子速度,单位km/s）,这一结果与国外的实验结果和Wu-Jing模型的预测结果相符。     

Calculation of sound absorption characteristics of porous sintered fiber metal

Focusing its attention on porous sintered fiber metal, this paper presents a simple extended acoustical model on the basis of Biot-Allard model by using the idea of convective heat transfer in metallic tube for reference in order to calculate the sound absorption characteristics of porous sintered fiber metal. The sound absorption coefficients and the specific surface acoustic impedances of one-layer porous fiber metal sheets, two-layer-assembled and three-layer-assembled porous fiber metal sheets are calculated by using the extended and Biot-Allard model and then compared with the corresponding measured values. By comparing, it is shown that the theoretical results calculated by using the extended model fit the measured ones better. Finally, those above-mentioned results are further discussed and analyzed.     

声速测定中声强的综合衰减系数的测定

本对声速测定实验中声强的衰减进行分析,介绍测量声强综合衰减系数的实验方法并给出实验结果。     

超声调制光法测量弱散射液体的声速

本文介绍一种利用超声调制光波现象测量超声波在弱散射液中传输速度的方法。     

Controlling sound absorption by an upstream resistive layer

Resistive screens, or perforated plates, are widely used upstream of porous materials. They can be used either for protection or decoration, or for acoustic properties enhancement. This study points out the role that a resistive layer can have upstream on a porous material. Based on numerical simulations, this work gives the guidelines for rational use of high resistive layers in order to maximize the normal sound absorption of porous multilayers. Two major results emerge: (i) the upstream resistive layer can control the sound absorption of the porous multilayer, while nullifying the acoustic properties of downstream layer and (ii) this upstream layer may be detrimental to sound absorption of porous multilayer. Experimental validation on a porous multilayer, controlled by a woven textile, supports these findings. The sound absorption of material with poor sound absorption performance can be enhanced with a conveniently designed resistive layer.