碳水混合物冲击压缩特性研究

 利用二级轻气炮加载技术研究了碳水混合物的冲击压缩特性。研究发现：冲击压力p低于19.0 GPa时，石墨与水混合物冲击压缩特性明显不同于金刚石与水混合物的冲击压缩；p大于23.0 GPa后，它们的特性十分接近，这说明有较多的石墨转变为金刚石；当p为52.9 GPa时石墨与水混合物的冲击压缩特性出现明显偏离，这和高压下碳水混合物产生气体成份有关。     

混合物冲击温度的数值模拟

 介绍温度的数值模拟方法，采用三维动力学有限元程序模拟冲击压缩状态，分析了数值模拟的准确性。模拟了铜和铝两种金属单质组成混合物的冲击压缩性能，在分析了热传导影响后，计算了混合物的冲击温度和冲击绝热线。     

混合物冲击压缩后平衡态的研究

 将混合物组元颗粒在三维网格内按组元比例随机分布,采用热动力学有限元数值方法,对其冲击压缩过程进行数值模拟。研究了混合物在冲击压缩下趋于热动力平衡过程、热平衡特征时间、压力平衡特征时间和平衡后的热力学状态,得出热平衡特征时间与颗粒度的平方近似成正比,而力平衡特征时间与颗粒度近似成正比。数值模拟了多种合金的冲击压缩特性,其结果与混合物物态方程的体积相加模型、一次冲击绝热线的叠加原理和实验等不同方法获得的结果作了比较,除冲击温度外,各方法得到的结果一致;体积相加模型和叠加原理不能给出合理的混合物冲击温度,但数值模拟能给出合理的混合物冲击温度。     

碳水混合物冲击压缩特性的理论研究

 采用固-液双相混合模型和分子流体的微扰变分统计理论,分别计算了石墨-水体系（ρ₀=1.233 g/cm³）和金刚石-水体系（ρ₀=1.238 g/cm³）的冲击压缩特性。结果表明：（1）在不发生石墨→金刚石相变和化学反应的低压区域（p<20 GPa）,这两种混合体系的冲击压缩曲线的差别并不明显;（2）在发生石墨→金刚石相变的高压区域（p>20 GPa）,这两种混合体系的冲击压缩曲线显著不同,且石墨-水体系更易压缩;（3）在45～60 GPa强冲击压力范围内,冲击波诱发的化学反应也不会显著影响这两种体系冲击压缩曲线的走势。上述结论与文献（高压物理学报,1999,13(2):87-92）发表的实验结果相矛盾。进一步分析了引起理论与实验结果不一致的可能原因,并对文献中的实验结果及其理论分析结论提出质疑。     

冲击压缩状态下液态一氧化碳和氮混合物的发射光谱

利用二级轻气炮驱动铜飞片以2.21 km·s-1的速度撞击铝合金低温靶,产生速度为18.76 km·s-1的一维冲击波作用于等比例冷凝的一氧化碳和氮均匀混合液体样品.同时,借助增强光电耦合传感器及瞬态摄谱技术捕获到冲击压力为33.5 GPa下样品完全离解成等离子体时的线状光谱.分析这些数据可知,文章所述的六通道光谱系统能可靠地测量和记录介质的冲击压缩一发光过程;其中主要产物的发射谱线表明,一氧化碳和氮均质体已经发生了化学反应和相变.此外,与中心波长较高的谱线强度相比,488 nm通道的光谱强度明显较高的事实,也证明高密度碳氢液体在冲击压力作用下确实存在从"光学薄"到"光学厚"的转变.     

钕铁硼的冲击压缩特性

 利用二级轻气炮对恒磁体钕铁硼进行冲击压缩,采用阻抗匹配法进行测量,获得了平均初始密度为7.346 g/cm³的钕铁硼Hugoniot关系数据。实验结果表明,该种钕铁硼在19~78 GPa范围内,其D-u_p满足线性变化关系,即：C₀、λ分别为3.686 km/s、1.059,是一种稳定的压缩过程,其间没有相变产生。而较小的λ值表明该种钕铁硼材料偏向于疏松体结构,且容易被压缩。同时实验结果也为其状态方程和脉冲功率源等方面的研究工作提供了可资参考的实验参数。     

液氢、液氘冲击压缩特性的理论计算

用液体微扰变分理论,计算了液氢,液氘冲击压缩曲线-计算结果与Nellis实验相一致-计算所得冲击温度比Holmes的实验值明显偏高-对冲击压缩曲线与实验一致,以及冲击温度的计算值明显偏高于实验结果的原因进行了分析- 关键词：     

液氮与液态一氧化碳混合物的冲击压缩特性研究

 利用二级轻气炮研究了等体积的液态一氧化碳（LCO）与液氮（LN₂）混合物的冲击压缩特性，在10～25 GPa压力范围内获得了5个Hugoniot数据点。混合物冲击绝热线位于单质一氧化碳和液氮Hugoniot拟合线之间，并靠近前者。这意味着混合物的冲击压缩特性不是其中各单质行为的简单平均。     

冲击压缩下NaCl单晶光辐射特性的研究

 用光辐射技术研究了氯化钠单晶冲击压缩下的光辐射特性,得到了在45～70 GPa压力范围内NaCl单晶的光谱吸收系数随冲击压力的变化,把这一结果与Kormer等人的结果比较,发现在较低压力下与Kormer等人的结果相差较少,当压力较高时实验结果比Kormer等人的结果约大1个数量级。并用实验结果计算了电子迁移率随冲击温度的变化,得到的结果与Ziman理论基本一致,从而解决了一直来Kormer的实验结果与Ziman理论不一致的困难,进一步证明了Ziman理论的正确性。     

液态水、苯和壬基乳化剂混合物冲击压缩特性的实验研究

 利用二级轻气炮在3.75~57.87 GPa 压力范围内,对体积比为10∶10∶1的液态水-苯-壬基酚聚氧乙烯醚混合体系进行了动高压加载实验,获得了10个Hugoniot数据。拟合结果表明,该混合体系的D-u关系可近似用直线方程D=1.407+1.503u_p描述,拟合精度约为0.102。混合体系H₂O-C₆H₆-C₃₅H₆₄O₁₁的冲击压缩实验结果基本符合体积相加原理,而在给定的实验压力区间内,冲击绝热曲线发生多次拐折的事实意味着该系统可能在6 GPa、10 GPa和30 GPa压力点附近发生了多次结构性相变。另外,还讨论了Lawrence-Berthlot混合规则中修正因子对高密度条件下指数-6型相互作用势排斥部分的影响。     

冲击动力学中离散元与有限元相结合的计算方法研究

 阐述了一种离散元与有限元法相结合的计算方法,编制了可应用于细观模拟的二维程序,对受冲击载荷作用的均匀材料和非均匀材料的响应特征进行了计算,并对数值模拟进行了验证。计算结果与理论值较吻合,验证了方法的可行性。     

Numerical Simulation of a Multi-Frequency Resistivity Logging-While-Drilling Tool Using a Highly Accurate and Adaptive Higher-Order Finite Element Method

A novel, highly efficient and accurate adaptive higher-order finite element method ($hp$-FEM) is used to simulate a multi-frequency resistivity logging-while-drilling (LWD) tool response in a borehole environment. Presented in this study are the vector expression of Maxwell's equations, three kinds of boundary conditions, stability weak formulation of Maxwell's equations, and automatic $hp$-adaptivity strategy. The new $hp$-FEM can select optimal refinement and calculation strategies based on the practical formation model and error estimation. Numerical experiments show that the new $hp$-FEM has an exponential convergence rate in terms of relative error in a user-prescribed quantity of interest against the degrees of freedom, which provides more accurate results than those obtained using the adaptive $h$-FEM. The numerical results illustrate the high efficiency and accuracy of the method at a given LWD tool structure and parameters in different physical models, which further confirm the accuracy of the results using the Hermes library (http://hpfem.org/hermes) with a multi-frequency resistivity LWD tool response in a borehole environment.     

间断有限元方法在弹尾超音速喷流计算中的应用

采用间断有限元方法对超音速无粘喷流流动进行数值模拟.将二维双曲守恒方程的间断有限元方法发展到轴对称Euler方程,并就某导弹尾部超音速伴随射流进行数值计算.计算结果与实验照片反映的流动特征吻合较好,与高精度、高分辨率TVD格式的计算结果相比,间断有限元方法的计算结果在轴线反射点附近具有较高的分辨率,表明该方法对激波具有较强的捕捉能力,在激波阵面上不会产生振荡或抹平间断现象.     

Rayleigh-Taylor不稳定性的Runge-Kutta间断有限元模拟

 采用发展后的间断有限元方法,对Rayleigh-Taylor不稳定性进行了数值模拟。在计算中采用Level-Set方法进行界面追踪,用虚拟流体方法（Ghost Fluid Method,GFM）对界面附近物理量进行等压装配。对两个典型的Rayleigh-Taylor不稳定性算例的数值研究结果表明,采用该方法计算含有接触间断的多介质流体力学问题是有效的,在交界面附近不出现伪振荡,具有较高的分辨率。     

微波元件与加速结构的有限元分析

研究了有限元方法在二维均匀结构和轴对称加速结构中的应用,采用了带宽优化技术和子空间求解特征值方法,并给出了部分例子,结果表明该方法精度高、速度快.这些方法可直接用于三维程序、并行计算.     

考虑渗透率张量的非均质油藏有限元数值模拟方法

针对具有混合边界的非均质油藏,考虑全张量形式的渗透率,建立弹性微可压缩单相流体不稳定渗流问题的数学模型.根据变分原理,将压力微分方程的边值问题转化为泛函的极值问题,建立渗流模型的有限元方程.针对典型的均质和非均质渗流问题进行模拟计算,得到油藏内压力动态分布曲线,并分析曲线特征.研究表明,有限元法计算精度很高,适用于求解利用渗透率张量表征的非均质油藏渗流问题.为非均质油藏的开发和精细油藏数值模拟提供了理论依据.     

离散元与有限元结合的多尺度方法及其应用

在深入研究复杂结构和非均质材料冲击响应和破坏机理的过程中,往往遇到多尺度计算问题.提出并建立起离散元与有限元结合的多尺度方法,该方法采用离散元对感兴趣的局部进行细观尺度的模拟,利用有限元进行宏观的模拟,从而节约了计算时间.采用一种特殊的过渡层衔接离散元区和有限元区.将这一方法应用于激光辐照下预应力铝板的破坏响应,并将得到的模拟结果与实验进行了比较.     

高分辨率间断有限元方法

间断有限元方法是集高分辨率有限差分方法和有限体积方法的优点发展起来的一种数值方法,在计算流体动力学问题上显示了优良的效能.利用守恒问题给出间断有限元方法的基本概念和过程,利用简单算例给出该方法的精度分析和限制器对精度的影响,并给出浅水波问题、交通流问题和波传播问题的数值模拟结果,进一步,综合评介该方法在椭圆、抛物、对流扩散、Hamilton-Jacobi方程、Navier-Stokes方程等的实际应用进展.     

耦合FE/WB法在声分析中的应用

简要描叙FE法(finite element method)和WB法(wave based method)的理论背景以及耦合FE/WB法的数学基础.耦合FE/WB法利用两者的优势——FE法的广泛应用和WB法的高收敛特性,将FE模型中较大且几何简单的部分采用WB法代替.耦合模型具有相对较少的自由度.对于较高的频率还可以进行细分得到更高的计算精度,并利用模态缩减法进一步减少自由度数.数值算例结果表明,该耦合方法有潜力覆盖中频段的声分析.