固体灾变性破坏现象

固体灾变性破坏现象多年来一直备受关注,由于其复杂性,固体灾变性破坏问题一直是力学中的典型难题之一.文章结合岩石类介质的实验观测,讨论了非均匀脆性介质灾变性破坏现象的复杂性,介绍了发展有关统计理论的初步尝试和所面临的难题,并探讨了预测灾变性破坏的可能方案.     

固体灾变性破坏现象

固体灾变性破坏现象多年来一直备受关注,由于其复杂性,固体灾变性破坏问题一直是力学中的典型难题之一.文章结合岩石类介质的实验观测,讨论了非均匀脆性介质灾变性破坏现象的复杂性,介绍了发展有关统计理论的初步尝试和所面临的难题,并探讨了预测灾变性破坏的可能方案.     

一个新的损伤演化方程及其在层裂中的应用

 采用统计细观损伤力学方法,基于延性金属断裂过程的孔洞演化机理,提出一个新的损伤演化方程,该方程在一定的条件下与由空心球体胞模型导出的损伤方程形式相同。在此基础上,将新的损伤演化方程编入一维Lagrange有限差分动力学程序,对OFHC铜的平板对称正碰撞层裂实验进行了数值模拟,计算结果与实验吻合得较好。     

强冲击下金属材料动态损伤与破坏的分子动力学模拟研究进展

强冲击下金属材料的动力学过程及其内在的机理分析一直是冲击物理的前沿,无论是在国家基础工程还是尖端武器研制中都具有重要的意义与价值。结合课题组的相关工作,综述了国内外冲击物理领域对金属材料在强冲击作用下动态损伤和破坏行为及其机理等问题的研究进展,重点讨论了金属材料内部及表界面微观结构对损伤破坏机制的影响,介绍了复杂加载条件下材料行为研究的机遇与挑战,并展望了下一步研究工作的重点。     

三轴应力下花岗岩加载破坏的能量演化和损伤特征

为揭示不同围压下硬岩在破坏过程中的力学性质和能量演化规律,基于RMT-150B岩石力学试验系统对花岗岩试样进行不同围压条件下常规三轴压缩试验。研究结果表明:岩样的峰值应力和围压具有较强的线性关系,利用Mohr-Coulomb强度准则求出花岗岩的黏聚力为23.548 MPa,内摩擦角为57.629°。围压对花岗岩加载破坏过程中能量演化的影响显著,岩石的峰值能量、弹性应变能以及耗散能都随着围压的增大而增大,且两者呈线性增加关系。根据岩石的线性储能规律,提出了确定岩石应力阈值的方法。围压越大,起裂应力和扩容应力越大,且岩样起裂点处与扩容点处的能量也越大;当围压较低时,岩石破坏前储存的能量较少,破坏时能量释放速率低,岩样表现为典型低劈裂破坏;在高围压情况下,能量快速释放,岩样表现为剪切破坏。基于能量演化规律,提出了岩石损伤演化模型,得到了花岗岩的损伤变量D在不同围压下加载破坏过程中的演化规律。     

含分层损伤复合材料层合板的动力破坏分析

复合材料层合板在制造和使用过程中可能会产生缺陷，大规模的缺陷将弱化结构的力学性能，在外载作用下，某些损伤扩展又将导致结构的早期失效。为了保证结构在服役期间内的安全和可靠性，要求结构在外载作用下，其初始缺陷和损伤的增长或扩展控制在一定范围内，以使其满足剩余强度的要求。     

冲击载荷作用下岩体拉-压损伤破坏的边坡抛掷爆破模拟

为了获得边坡台阶爆破时岩体在冲击载荷作用下破碎和抛掷过程中各物理参量的变化规律,将构建的岩体动态拉-压损伤本构关系嵌入模拟软件进行数值分析。结果表明:振动波三轴合成速率曲线与质点振动位移曲线的变化趋势所对应的时间节点和步长基本吻合,可作为降振减灾的判定指标;岩体最早于0.6 ms左右从坡脚位置产生裂纹,直至12.5 ms左右裂纹裂隙完成扩展,所形成的炮孔粉碎区半径约28 cm;抛掷块状分离现象从炮孔药包的中间部位开始,最大抛掷速度集中于该部位至边坡自由面之间的垂直区域内,边坡自由面抛掷速度小于炮孔周围岩块抛掷速度,导致抛掷过程中形成二次挤压破碎现象;破碎大块主要来源于边坡坡脚、炸药与堵塞物接触面两侧围岩以及台阶顶部自由面处,大块块体直径分布于1.6～2.7 m范围。     

纳秒脉冲激光诱导的区域缺陷破坏模型

完善了由缺陷吸收引起温升导致材料破坏的激光损伤模型.从热传导方程人手,该模型在单杂质缺陷模型基础上,利用米氏散射理论计算杂质缺陷的吸收截面,根据材料基质和杂质缺陷的热物性能参数,计算了杂质相互之间的有效作用距离,即材料的热扩散长度范围.结果表明,考虑周围杂质的影响,基质材料损伤阈值更接近实际情况,同时基质表面的损伤阈值...     

液固两相流中固体颗粒对弯管冲蚀破坏的位置预测

在石油输送工业中,由于弯头内压力梯度、离心力、二次流等多种因素的作用,导致弯头内的冲蚀过程特别复杂,冲蚀破坏也十分严重。本文针对液固两相流条件下颗粒对弯管的冲蚀破坏,采用DPM模型,对离散相在拉格朗日框架下求解颗粒轨道方程,得出颗粒与壁面的碰撞信息,再将碰撞信息应用于冲蚀模型,从而预测出颗粒对弯管壁面的冲蚀破坏情况,并研究了颗粒斯托克斯数对冲蚀严重区域的影响。计算结果表明:冲蚀主要发生在弯管与出口直管连接处的外拱壁以及靠近弯头出口的直管段侧壁区域;当颗粒斯托克斯数较大时,由于二次流对颗粒的携带作用不充分,导致靠近弯头出口的直管段侧壁区域未出现严重冲蚀。     

模拟细观非均质材料破坏演化的物理元胞自动机理论

根据非均质材料的细观特征,从基本的能量传递定律出发,建立了一种新的描述细观非均质材料破坏演化的物理元胞自动机(PCA)理论.该理论能够对岩石、混凝土等非均质材料破坏演化进行有效模拟,突破了传统元胞自动机仅限于数学规则运算的框架,使之成为一种有效的物理力学方法.与岩石力学实验结果对比分析表明,PCA模拟结果与实验结果基本符合 关键词： 元胞自动机 细观非均质材料     

脉冲激光辐照光学薄膜的缺陷损伤模型

建立了缺陷吸收升温致薄膜激光损伤模型,该模型从热传导方程出发,考虑了缺陷内部的温度分布以及向薄膜的传导过程,通过引入散射系数简化了Mie散射理论得出的吸收截面.对电子束蒸发沉积的ZrO₂:Y₂O₃单层膜进行了激光破坏实验,薄膜样品的损伤是缺陷引起的,通过辉光放电质谱法对薄膜制备材料的纯度分析发现材料中的主要杂质元素为铂,其含量为0.9％.利用缺陷损伤模型对损伤过程进行了模拟,理论模型和实验结果取得了较好的一致性.     

初始电子密度对光学薄膜激光损伤机制的影响

光学元件的激光损伤问题是激光器件向高功率密度方向发展中必须认识和克服的问题.基于Forkker-Planck方程,研究了激光与材料相互作用时的雪崩电离机制、多光子电离机制以及联合两种机制的情况.雪崩电离的产生需要一定密度的初始自由电子存在,该自由电子可以是材料中原本就存在的,也可能是光电离产生的.着重分析了材料中的初始自由电子对材料电离机制的影响.结果表明,雪崩过程在激光作用一段时间后会达到一个稳定的电离阶段（以自由电子平均能量不随时间变化为特征,且此时雪崩电离为材料电离的主导机制）,该时间与光电离速率、材料中初始自由电子密度有关.材料中的初始自由电子可以在一定程度上掩盖光电离的作用效果.
关键词:初始电子;激光损伤;光电离;雪崩电离     

Ar+8轰击石墨表面损伤的扫描隧道显微镜观测研究

报道了用10—112MeV能量的Ar+8离子轰击高定向石墨造成损伤的原子水平观测结果,给出了损伤形貌、损伤大小和损伤数密度.讨论了损伤与表面核能损的关系及损伤过程的可能机制.     

激光引起玻璃表面的破坏

探讨了高功率激光对玻璃表面的破坏。测量了在２００ｐｓ激光正入射照射下Ｋ８玻璃的破坏阈值。解释了样品输入面和输出面破坏阈值不同的原因。     

Fe-C合金中形变诱导动态相变的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗（MC）方法模拟了Fe-C合金在奥氏体-铁素体相变的平衡温度之上的形变诱导动态相变过程.通过建立合适的MC规则,在一个MC模型中同时实现了奥氏体-铁素体相变、铁素体-奥氏体逆相变以及奥氏体动态再结晶过程的模拟.同时,一个基于矢量变换的拓扑模型被嵌入此MC相变模型,用来跟踪由于塑性变形导致的晶粒形貌变化.在此基础上模拟分析了动态相变过程中铁素体的形成特点,讨论了由于相变、逆相变和动态再结晶交互作用所带来的影响. 关键词： 形变诱导动态相变 蒙特卡罗模型 动态再结晶 介观模拟     

吸收杂质热辐射诱导光学薄膜破坏的热力机制

光学元件的破坏是限制高功率激光系统发展的主要问题,理解光学元件的破坏机制对于高功率激光系统的设计、运行参量选择以及器件技术发展有重要影响.以热辐射模型为基础研究了杂质吸收诱导光学薄膜破坏的热力过程.研究发现薄膜发生初始破坏所需时间很短,脉冲的大部分时间是引起薄膜发生更大的破坏.在考虑吸收杂质发生相变的情况下,计算了吸收杂质汽化对薄膜产生的蒸汽压力,论证了薄膜发生宏观破坏的可能性.此模型能很好地解释光学薄膜的平底坑破坏形貌.     

1064 nm窄带干涉滤光片激光破坏研究

干涉滤光片由于内部谐振场共振吸收特性,其激光破坏过程有别于全反膜而具有特殊的性质。本文从谐振场及湿度场理论出发,计算得出了ZnS/MgF2为主材料的滤光片的谐振场及温度场分布规律。在此规律指导下,对相同膜系结构的一系列滤光片的激光破坏阈值、吸收及破坏形貌进行了测量与分析,结合实验结果对干涉滤光片独具特色的破坏发展过程作出了描述,并给出了一定的解释。     

连续激光辐照下光学材料损伤阈值的光斑效应

实验发现，光学材料的激光损伤阈值对激光光斑大小有强烈的依赖关系。研究了连续激光和匀质材料相互作用的机制，针对小光斑情形的材料响应和大光斑情形的结构响应分别提出各自不同的物理模型来解释光斑效应。研究表明，材料响应中的光斑效应基于热传导引起的光斑区热弥散，边界条件不同，破坏阈值与光斑大小的依赖关系也不尽相同。     

初始电子密度对光学薄膜激光损伤机制的影响

光学元件的激光损伤问题是激光器件向高功率密度方向发展中必须认识和克服的问题.基于Forkker-Planck方程,研究了激光与材料相互作用时的雪崩电离机制、多光子电离机制以及联合两种机制的情况.雪崩电离的产生需要一定密度的初始自由电子存在,该自由电子可以是材料中原本就存在的,也可能是光电离产生的.着重分析了材料中的初始自由电子对材料电离机制的影响.结果表明,雪崩过程在激光作用一段时间后会达到一个稳定的电离阶段(以自由电子平均能量不随时间变化为特征,且此时雪崩电离为材料电离的主导机制),该时间与光电离速率、材料中初始自由电子密度有关.材料中的初始自由电子可以在一定程度上掩盖光电离的作用效果.