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。     

热动力学问题的数值计算

 对含热传导的流体动力学方程组，用有限元方法进行数值求解。采用傅里叶热传导计算热流、用热流连续条件计算单元间接触面的温度、用三角形传热法计算体单元表面的热流，考虑各向同性弹塑性流体材料模型、三项式物态方程和导热系数与状态的相关性，给出了傅里叶热传导、接触传热、热应力应变效应、以及混合物冲击压缩特性等算例。对混合物冲击温度的数值模拟表明，小颗粒混合物在冲击压缩过程中，颗粒间的温度有差别、稍有波动，并随时间趋向于一致，以至热平衡。     

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。     

冲击温度测量中辐射度的数值模拟

 考虑窗口不透明性、界面发射率和热传导等因素对冲击温度测量中辐射度的影响，认为在冲击压缩下窗口不透明性的增大是导致辐射度随时间变化的重要因素。用流体动力学方程、辐射输运方程并计及热传导数值模拟了辐射度，得到了与实验一致的结果。     

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。     

二阶层级自相似四边形蜂窝动力压缩行为数值模拟

运用ABAQUS对在冲击载荷作用下二阶自相似四边形蜂窝面外方向的动态压缩行为进行了数值模拟,分析了其在冲击载荷作用下的动态压缩过程,并对孔径尺寸、冲击速度和基体材料屈服强度对其压缩模式及应力-应变关系的影响进行了研究。数值模拟表明:孔径较小的二阶自相似四边形层级蜂窝在冲击载荷作用下更易出现整体坍塌的压缩失效模式;随着基体材料屈服强度增大,平台应力值随之增加,但对平台长度没有影响;随着冲击速度的增加,冲击端平台应力值和平台长度都有所增加。     

自由电子气冲击压缩特性的理论计算

用自由电子气模型对自由电子气(费米能为5 eV)的冲击压缩雨贡纽曲线、冲击温度进行了数值计算.冲击压力、内能和冲击温度被计算为压缩度的函数.计算结果表明,自由电子气(费米能为5eV)的冲击压缩极限近似为初始密度的4倍.     

周期性铜线密排结构的冲击压缩特性研究

对铜线密排结构材料开展了一维平面应变冲击压缩实验与数值模拟研究。利用激光位移干涉仪测量了样品/窗口界面速度剖面,获取了有效的结构冲击压缩实验数据。从样品界面速度曲线可以推断,密排结构冲击压缩时没有形成致密结构,在卸载过程中发生了分层。应用光滑粒子流体动力学方法(SPH)建立了平面铜线密排结构的三维计算模型,计算得到样品冲击加载下的压缩特性,实验和数值模拟得到的界面速度和压力结果吻合较好,为后续开展柱面铜线密排结构的冲击压缩过程研究奠定了基础。     

碳水混合物相互作用势及混合法则的实验研究和理论探索

 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特性;p大于23 GPa后,它们的特性十分接近;当p为52.9 GPa时,石墨与水混合物表现出反常的冲击压缩特性,压力增加而体积出现膨胀,这与高压下碳与水发生化学反应产生气体相关。还对碳水混合物的相互作用势及混合法则的选取进行了讨论。     

有限元法模拟混合物的冲击压缩特性

 将混合物作为组元颗粒在空间的随机排列,采用三维动力有限元程序模拟其冲击压缩特性。给出了以铜和铝两种金属单质组成的混合物算例,与用“叠加原理”计算的结果作了比较。     

材料预加热冲击压缩实验技术及高温下不锈钢的动态响应

 建立了用于轻气炮上冲击压缩实验的材料预加热系统及相关实验技术。介绍这一系统的原理、构造及操作。利用这一系统，在加载幅度8 GPa的恒定载荷下，得到了初始温度300～980 K范围内HR-2抗氢不锈钢的动态响应特性，包括层裂强度、Hugoniot弹性极限、卸载声速及它们随温度的变化规律。     

电磁内爆的准一维数值模拟

 提出一个用于电磁内爆过程数值模拟的准一维模型，对1 MJ电容器组电磁内爆优化方案进行了计算，并将计算结果与零维模型和一维模型的结果进行了比较。     

冲击压缩性的高精度测量技术

 详细介绍了在冲击压缩性测量中为提高冲击波速度测量精度，在减小样品尺寸测量的相对误差以及保证安装过程不破坏其原有加工精度的技术措施。还介绍了利用多路时间间隔测量仪记录冲击波传播时间时，如何减小传输误差以及利用探针的合理布局对冲击波阵面的倾斜和弯曲畸变进行修正的方法。此外，介绍了利用光纤技术同时获得冲击波速度和冲击温度信息的技术。采用上述技术措施后使弹丸速度的测量误差约为0.2%~0.4%，冲击波速度的测量误差约为~1%。     

三种钨合金的冲击压缩性

 在先前工作的基础上，进一步完善了在二级轻气炮上精密测量材料雨贡纽参数的误差控制技术，并利用该技术高精度测量了三种钨合金在80~300 GPa压力范围内的冲击压缩性，其精度达到国外先进水平。同时，将实验结果与利用混合物雨贡纽叠加原理所作的预估计算结果进行比较表明：对于高比例的钨合金，叠加原理给出的雨贡纽关系具有相当高的精度。     

泡沫硅橡胶冲击压缩性实验研究

 采用锰铜计技术，通过测量冲击波压力获得材料雨贡纽数据的技术路线，给出了初始密度为0.92 g/cm³的泡沫硅橡胶在6~33 GPa范围内的雨贡纽关系，精度优于国内外相关工作。对本实验锰铜计的典型信号作了较为详细的分析，通过数值模拟很好地重现了该非常规信号。此外，采用先前Wu等建立的疏松材料雨贡纽模型进行了预估计算，预估结果与实验结果符合很好，表明该模型不但适用于金属、岩石矿物等，亦可广泛应用于高聚物疏松材料的冲击压缩性研究。     

冲击波极端条件下玻璃的细观结构破坏

 研究了冲击波极端条件下玻璃介质的细观结构破坏问题，指出在低于Hugoniot弹性极限的应力区内，按照细观结构损伤程度的不同，在受压玻璃介质中可以划分出两个区域，即压缩区和破坏区。以K9和ZF1玻璃为例，通过双层结构样品实验，确认了玻璃样品的表面效应（即表面原生微裂纹的扩展）是破坏区形成的第一位原因。其次，基于对破坏区内细观结构损伤和破坏特性的分析，进一步提出：由于玻璃内部散布的不均匀相与其基体介质之间的压缩率不同，冲击波压缩造成了众多的局域变形点，当表面裂纹扩展到不均匀相与基体的边界处，会出现裂纹扩展路径拐折或分叉，造成介质的分割甚至粉碎，这是破坏区生成的第二位原因。     

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。     

BaCO3和TiO2粉末混合物冲击压缩性和BaTiO3冲击合成的实验研究

 利用高能炸药爆轰驱动冲击波、狭缝扫描闪光隙高速照相技术和阻抗匹配解原理，在10~100 GPa压力范围内，测量了BaCO₃和TiO₂粉末混合物的冲击绝热数据。同时，利用轴对称柱面和平面爆轰装置，进行了该混合物样品的冲击后回收实验和回收样品的X射线衍射分析，考察BaTiO₃的冲击合成。测量出的冲击绝热数据，以冲击波压力和比容平面上的结果为例，在约30和45 GPa两个压力值时，比容发生明显跃变。冲击绝热数据与回收样品X射线衍射分析结果相结合，判断出，这两个跃变分别对应于TiO₂从锐钛矿相转变到高压β-TiO₂相，BaCO₃与TiO₂开始急剧化学反应合成出BaTiO₃并放出CO₂。此外，在压力为10 GPa左右作回收实验，其回收样品的X射线衍射分析表明TiO₂由锐钛矿相完全转变为金红石相。     

液态N2、CO冲击压缩特性研究

 介绍利用液氮致冷技术实现低温靶的冷却及样品气体的液化,并通过二级轻气炮对液态气体加载进行平面冲击压缩,实验分别测得10～57 GPa一次冲击压缩下液氮和液态CO的Hugoniot关系数据。这些实验数据结果显示,33 GPa以上比其以下更容易压缩,这种现象本质是氮发生离解相变消耗内能的一种表现形势。液态在20 GPa以下表现为一种稳定的压缩过程,而在其以上则伴随有较为复杂的化学反应现象产生。此外,实验研究还发现,20 GPa以下N₂和CO两种分子液体的冲击压缩特性非常相似。