各向异性材料中二维X射线诱导热击波的数值模拟

建立了正交各向异性材料二维率相关的弹塑性本构模型,采用有限元方法编写程序,对X射线辐照各向异性材料碳酚醛平板时诱导的热击波进行了二维数值模拟,讨论了热击波的传播规律.结果表明,在软X射线和硬X射线的辐照下,材料中的X射线热击波表现出不同的形貌,材料中热击波形成的机理、热击波峰值、X射线穿透深度、汽化现象、拉伸强度等方面...     

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.     

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。     

多孔铝中热击波的数值模拟

 本文利用数值模拟方法对多孔铝在热击波作用下的力学效应进行了分析和研究。文中对用于描述多孔材料本构关系的p-a方程进行了改进，使其具有更为广泛的适用性和合理性，尤其是在描述多孔材料发生熔化出现零压时，具有突出的优越性。在处理压强p和多孔材料的多空度a的关系时，我们采用了M. M. Carroll的空心球壳模型，并考虑到热辐射引起的能量沉积作用，对其进行了修正，使其能恰当地反映出在热辐射条件下所遵循的规律。描述材料状态变化的是GRAY的金属三相物态方程。由上所述建立起来的这套方程及其对多孔材料中热击波的处理结果都具有一定的价值。     

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。     

电子束辐照产生的热激波的数值模拟

 采用能量沉积解析法、材料低压本构关系及一维应变弹塑性流体动力学模型,对“闪光二号”电子束辐照硬铝产生的热激波的传播规律进行了数值模拟。结果表明,计算值与实测值基本符合。     

喷射成形FGH4095的热变形特征

研究了喷射成形高温合金FGH4095在温度为1010—1140℃、应变速率为0.001—10.0s^-1下的热变形行为,并使用双曲正弦模型建立了喷射成形FGH4095的本构方程.结果表明:本构方程预测结果与实验值符合较好,为喷射成形FGH4095热加工过程的数值模拟提供了较准确的模型.     

激光辐照下复合材料热响应的轴对称数值分析

为了模拟激光辐照下碳纤维增强复合材料的瞬态热响应,建立了轴对称计算模型。模型考虑了激光辐照过程中基体热分解、质量迁移、比热容和热导率等物理量的变化情况。采用有限元方法求解控制方程,边界条件包含了激光辐照、对流换热以及辐射换热。在此基础上编写了计算程序,预测了激光辐照下碳纤维增强复合材料的瞬态温度场和基体热分解状况。为了校核模型,开展了激光辐照碳纤维复合材料试验。计算结果与试验数据比较表明,模型预测的复合材料温度-时间曲线与试验结果较好吻合,在较低功率密度激光辐照下复合材料热响应以基体热分解为主,与试验烧蚀形貌观察结果一致。     

“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。     

PBX炸药含各向异性损伤的黏弹性统计微裂纹本构模型初步研究

建立含损伤本构模型是研究炸药动态力学响应规律的基础。基于PBX炸药材料的宏观黏弹性特征和细观上微裂纹面的方向性,建立了含各向异性损伤的黏弹性统计微裂纹(Aniso-Visco SCRAM)本构模型,简化后得到单轴应力加载下的本构方程。利用数值计算程序,以PBX9501为例,分析了微裂纹扩展的各向异性、PBX炸药破坏强度及临界应变的拉压异性和应变率相关性,考察了微裂纹数密度、初始微裂纹尺寸、微裂纹面摩擦系数及断裂表面能4个主要参数的敏感性及影响规律。结果表明,它们对微裂纹的扩展演化有较大影响,进而导致材料表现出不同的力学响应。     

简论金属材料JC本构模型的精确性

通过比较JC模型预测结果与6种金属(2024-T351铝合金、 6061-T6铝合金、OFHC无氧铜、4340高强钢、Ti-6Al-4V钛合金和Q235软钢)在不同应变率及温度下的实验数据,对JC本构模型的精确性进行了关键评估。为了进一步评估其精确性,采用JC本构模型和失效准则对平头弹正撞2024-T351铝合金靶板进行数值模拟,并与实验结果比较。结果表明:JC本构模型只适用于中、低应变率和温度下的Mises材料,对非Mises材料该模型预测的剪切应力-应变曲线和失效与实验结果吻合较差;同时,JC本构模型的精度随应变率和温度的提高而降低,特别是在高应变率条件下利用实验得到的动态增强因子进行相应数值模拟时,所得计算结果与弹道穿透实验结果不一致,说明其表达式(即准静态应力-应变关系×动态增强因子)是不恰当的。     

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。     

超短脉冲激光辐照硅膜的热弹性

 考虑到热电子崩力的影响,在基于玻耳兹曼理论弛豫时间近似的非线性自相关模型基础上,将晶格温度与应变速率相耦合,建立了超短脉冲激光作用下半导体材料的超快热弹性模型。在单轴应变条件下,利用有限差分法模拟了500 fs脉冲激光作用下2 μm厚硅膜内的载流子温度、晶格温度、载流子数密度、热应力和热电子崩力等的变化情况。结果表明：在低能量密度激光条件下,热弹性效应对半导体材料的影响很小;载流子温度达到峰值的时间比激光强度达到峰值的时间早,随后载流子数密度达到峰值,以及激光脉冲作用5 ps以后硅膜趋于总体热平衡;在脉冲辐照早期,非热平衡阶段形成的热电子崩力在超快损伤过程中起主要作用。     

爆轰波对碰驱动平面组合飞片的数值模拟

采用SG(Steinberg-Guinan)强度模型描述组合飞片(铅和铝)的动力学响应行为,对两侧对称点起爆圆柱炸药、爆轰波对碰驱动组合飞片实验模型进行了数值模拟计算。得到了爆轰波对碰驱动组合飞片的计算图像,并与实验结果进行了对比分析,明确了SG强度模型对描述爆轰波对碰驱动下组合飞片的适用性,为高应变率条件下材料强度模型的适应性研究奠定基础,同时也为更好地理解材料在高应变率条件下的本构关系以及材料在对碰区的动力学行为提供参考。     

高温高应变率下ZL101A铝合金的流变应力特征与本构模型

采用分离式霍普金森压杆系统和高温设备对ZL101A铝合金进行了常温和高温下的动态压缩实验,得到了应变率范围为2 900～6 100 s^-1、温度范围为20～600℃的动态压缩应力-应变曲线。实验结果表明：ZL101A铝合金具有应变率硬化效应,并且随着温度的升高,应变率硬化效应减弱;ZL101A铝合金在不同应变率下均存在明显的温度软化效应,且随着温度的升高,塑性变形引起的绝热温升使热软化作用增强。为了得到应变率和温度对材料流变应力的影响,将应变率效应和温度效应进行解耦,得到一种适用于ZL101A铝合金材料的动态本构模型。对比模型预测结果与实验数据发现,建立的本构模型可以很好地描述ZL101A铝合金的流变应力特征。     

聚苯乙烯泡沫材料的动态压缩特性

通过万能材料试验机和落锤式冲击试验装置,对发泡聚苯乙烯泡沫材料进行准静态和动态压缩试验,探讨密度和加载速率对材料动态压缩特性的影响。基于落锤试验数据,考虑密度相关性,通过修正得到恒定应变率下材料动态本构关系的经验公式。基于LS-DYNA中的MAT57和MAT163以及ABAQUS中的Low Density Foam和Crushable Foam 4种材料模型,建立了适用于有限元仿真的发泡聚苯乙烯泡沫本构模型。通过模拟落锤冲击过程,对比试验结果发现:MAT163和Crushable Foam模型能较好地预测材料动态响应和能量吸收性能,验证了动态本构模型的可靠性,并且这两种特定的材料模型在模拟发泡聚苯乙烯泡沫冲击碰撞时具有良好的适用性。     

基于冰颗粒增强的冻土细观动态本构模型

为了直观地描述冻土在冲击加载下的动态力学性能和应力-应变关系,从细观出发,将冻土视为冰颗粒增强的复合材料,建立了基于冰颗粒增强的冻土细观动态本构模型。根据土相在冲击作用下层层破坏的特点,假定冲击层的动模量因冲击损伤而发生变化,在模型中引入了应变率项。利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对冻土进行冲击加载实验,通过改变温度和应变率,获得了冻土在不同实验条件下的动态冲击应力-应变曲线。实验结果表明,冻土具有明显的温度效应和应变率效应。模型计算结果与实验结果符合良好,验证了所建立的动态本构模型的合理性和适用性,具有很强的工程应用价值。     

γ射线总剂量辐照对单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管栅隧穿电流的影响

基于γ射线辐照条件下单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)载流子的微观输运机制,揭示了单轴应变Si纳米NMOSFET器件电学特性随总剂量辐照的变化规律,同时基于量子机制建立了小尺寸单轴应变Si NMOSFET在γ射线辐照条件下的栅隧穿电流模型,应用Matlab对该模型进行了数值模拟仿真,探究了总剂量、器件几何结构参数、材料物理参数等对栅隧穿电流的影响.此外,通过实验进行对比,该模型仿真结果和总剂量辐照实验测试结果基本符合,从而验证了模型的可行性.本文所建模型为研究纳米级单轴应变Si NMOSFET应变集成器件可靠性及电路的应用提供了有价值的理论指导与实践基础.     

高温、高压、高应变速率动态过程晶体塑性有限元理论模型及其应用

对于高温、高压、高应变速率加载条件下的材料冲击变形行为,动态晶体塑性模型能够直接反映晶体中塑性滑移的各向异性及其对温度、压力和微观组织结构的依赖性,因而广泛应用于材料的动态冲击力学响应、微观结构演化以及动态损伤破坏的模拟。本文综述了高压冲击下动态晶体塑性有限元的理论模型,主要包括变形运动学、包含状态方程的超弹性本构模型和晶体塑性本构模型,涉及位错滑移、相变、孪生等塑性变形机制,以及层裂、绝热剪切带等动态破坏方式。     

树脂基碳纤维复合材料各向异性导热系数研究

本文通过实验测试与数值预测结合研究了平纹、斜纹树脂基碳纤维复合材料的各向异性传热性能。实验方面,采用基于电加热膜加热的稳态"三明治"结构进行测试,得到了材料厚度与面内方向导热系数随温度的变化规律。模拟方面,观测复合材料内部微观结构,重构建立了代表性单胞模型,在三维方向分别模拟其一维稳态导热过程来预测材料不同方向的导热系数。研究结果表明,实验获得的树脂基碳纤维复合材料厚度与面内方向导热系数均随材料热面温度升高而近似线性增大,面内方向导热系数约为厚度方向的2.8倍,因密度相近,平纹、斜纹机织结构材料各主轴方向导热系数偏差小于10%。数值预测结果与实验结果基本符合,并对引起实验与数值结果偏差的来源进行分析。