熔化状态下金属样品表面的微喷射问题

熔化状态下金属样品表面微喷物质的时空演化规律是目前国内外研究关注的热点问题,不过,由于压电石英计等传统诊断技术能力的限制,导致目前对该问题的认识仍存在明显不足.本文采用作者前期发展的大量程Asay-F窗技术,结合传统压电石英计,通过将其布置在距受载Sn样品自由面不同高度位置处的方法,系统研究了熔化Sn样品表面微喷物质的运动演化规律,给出了特定时刻微喷物质的密度-空间分布图像.本文研究结果从实验上确认了微喷物质时空演化过程中的"自相似膨胀"规律,成功避免了传统压电石英计由于测量量程偏低导致其获取物理认识不够全面的问题,为认识动载下金属材料的微喷运动演化规律提供了重要实验支撑.     

爆轰加载下金属样品的熔化破碎现象诊断

本文在传统Asay窗技术基础上设计发展了一种用于诊断熔化状态下 金属样品表面附近一定厚度区域内熔化破碎现象的Asay-F窗技术, 较准确给出了该区域熔化破碎物质的质量和密度分布信息, 并与表面微喷和固体层裂片的特征进行了比对分析, 为熔化破碎现象的形成机理认识和物理建模提供了重要实验数据. 而且研究表明Asay-F窗技术可在一定程度上弥补目前熔化破碎现象 主要依靠高成本质子照相技术诊断的不足. 关键词： 爆轰加载 熔化破碎 Asay-F窗     

熔化状态下锡样品微喷射现象的诊断北大核心CSCD

强冲击熔化状态下,金属样品表面微喷射大幅增加,难以诊断。针对该问题,利用Asay-F窗技术,通过实验诊断,得到了熔化状态下不同表面加工状态锡样品表面微喷射物质的质量、密度、速度和空间分布等信息,分析了表面加工状态对表面喷射物质量及特征的影响。结果发现,对于熔化状态的金属样品,表面粗糙度仍是决定微喷射物质量大小、速度及空间分布的重要因素,且相关特征均呈现随表面粗糙度增大而增大的趋势。研究结果为认识熔化状态下材料的微喷特性及构建物理模型提供了重要数据。     

熔化状态下锡样品微喷射现象的诊断

强冲击熔化状态下,金属样品表面微喷射大幅增加,难以诊断。针对该问题,利用Asay-F窗技术,通过实验诊断,得到了熔化状态下不同表面加工状态锡样品表面微喷射物质的质量、密度、速度和空间分布等信息,分析了表面加工状态对表面喷射物质量及特征的影响。结果发现,对于熔化状态的金属样品,表面粗糙度仍是决定微喷射物质量大小、速度及空间分布的重要因素,且相关特征均呈现随表面粗糙度增大而增大的趋势。研究结果为认识熔化状态下材料的微喷特性及构建物理模型提供了重要数据。     

金属Al表面熔化各向异性的分子动力学模拟

采用嵌入原子势,使用分子动力学方法对金属Al不同低指数晶面的表面熔化现象分别进行了模拟.分析了熔化过程中样品结构组态的变化.模拟结果表明对于不同的自由表面,表面熔化呈现出明显的各向异性行为.Al（110）面在低于熔点的温度之下发生预熔化;（111）与（001）面都出现过热现象.与（111）面不同,（001）面发生过热现象时表面原子层为类液层,而（111）面仍然保持很好的晶格结构,即预熔化的Al（001）面在高于熔点的温度下,仍可以在很长的时间内处于相对稳定的亚稳态.由模拟得到Al的热力学熔点为950 K左右,与实验值基本符合. 关键词： 分子动力学 表面熔化 过热     

微喷射粒子团簇探测算法及其应用

在团簇多重标号技术基础上,提出了团簇探测的新算法,并以此作为大尺度二维和三维分子动力学模拟冲击加载金属材料微喷射粒子团簇分析的子程序.以二维为例描述了算法的逻辑结构,测试分析了算法的运行效率,并将其应用到二维分子动力学模拟冲击加载金属Cu和Al微喷射粒子的团簇统计分析中,对微喷射粒子团簇尺寸分布得到一些规律性认识.     

应变效应对金属Cu表面熔化影响的分子动力学模拟

采用Mishin镶嵌原子势，通过分子动力学方法模拟了金属Cu 的(110)表面在不同应变下的熔 化行为，分析了表面熔化过程中系统结构组态和能量的变化以及固液界面迁移情况.金属Cu 的(110)表面在低于热力学熔点的温度下发生预熔化，准液体层的厚度随温度升高而增加.当 温度高于热力学熔点时，固液界面的移动速度与温度成正比，外推得到热力学熔点为1380K ，与实验结果1358K吻合良好.应变效应（包括拉伸和压缩）导致热力学熔点降低，并促进表 面预熔化进程.在相同温度条件下，准液体层的厚度随应变绝对值的增加而增大.应变效应导 致的固相自由能增加是金属Cu(110)表面热稳定性下降的主要因素，且表面应力和应变方向 的异同也会影响表面预熔化的进程. 关键词： 表面预熔化 热力学熔点 表面应力 分子动力学     

利用胶体研究晶体的熔化和结晶

晶体的熔化和结晶尽管有上百年的研究历史,但还缺乏基础层面上的理论,实验上则难以看到晶体内部单分子的运动.近二十年来,均匀微米大小的胶体粒子为研究这些问题提供了一个良好的实验平台.通过光学显微镜可以直接观察胶体粒子组成的晶体的表面和内部,研究相变在最初小尺度上的成核过程,并用图像处理得到单个粒子的运动轨迹,为复杂的结晶和熔化过程提供了丰富的微观信息.     

利用胶体研究晶体的熔化和结晶

晶体的熔化和结晶尽管有上百年的研究历史,但还缺乏基础层面上的理论,实验上则难以看到晶体内部单分子的运动。近二十年来,均匀微米大小的胶体粒子为研究这些问题提供了一个良好的实验平台。通过光学显微镜可以直接观察胶体粒子组成的晶体的表面和内部,研究相变在最初小尺度上的成核过程,并用图像处理得到单个粒子的运动轨迹,为复杂的结晶和熔化过程提供了丰富的微观信息。     

铝、铜、铅压力熔化曲线的研究

 本文应用Vinet等人提出的温度T时的普适状态方程（UEOS），结合Guina等人提出的金属熔化模型，给出了计算金属的压力熔化曲线的方法，并就典型金属Al、Cu、Pb进行了实际计算，计算结果与实验符合较好。     

基于强度介质Richtmyer-Meshkov不稳定性理论的微缺陷喷射模型

采用二维多介质欧拉弹塑性流体动力学程序,对金属界面Richtmyer-Meshkov不稳定性和物质喷射进行流体动力学模拟分析,得到强度效应对界面扰动增长和物质喷射的影响特征,揭示扰动增长与物质喷射之间的内在联系.基于理想弹塑性固体界面Richtmyer-Meshkov不稳定性理论,建立强度介质微喷射形成临界判据、喷射总量和最大速度的理论模型.     

超高速正撞击溅射物实验与仿真研究

 随着人类航天活动日益频繁,由微流星体和空间微小碎片超高速撞击航天器表面反溅生成的溅射物,对空间碎片环境的影响将越来越大。利用2017-T4铝合金球弹丸超高速正撞击5A06铝合金靶板进行了地面模拟实验与数值仿真计算,研究了反溅碎片特性参数,其中包括溅射物的平均速度、平均尺寸、平均溅射角,为空间碎片溅射物模型的建立奠定基础。采用多元回归方法,确定了溅射物平均速度与弹丸速度、弹丸尺寸之间的函数关系。研究表明,利用光滑粒子法（SPH）进行数值仿真计算,可以有效模拟溅射物平均尺寸、平均速度、平均溅射角;溅射物平均速度随弹丸速度、弹丸尺寸的增加而增加;溅射物基本呈圆锥形反溅,溅射物平均溅射角在41°左右,基本不受弹丸速度、弹丸尺寸的影响。     

微喷加载装置中爆轰波阵面的测量

 根据金属材料微喷射激光全息诊断技术的要求,提出了一种测量微喷加载装置中爆轰波波前形状的实验方法,利用快响应光纤探针阵列来测量传爆药柱加载飞片的冲击波波前形状,并根据所得的实验数据用计算机模拟出爆轰波波前的形状,给出冲击波到达飞片上表面的时间分散性曲线。     

Influence of shockwave profile on ejecta from shocked Pb surface:Atomistic calculations

We conduct molecular dynamics simulations of the ejection process from a grooved Pb surface subjected to supported and unsupported shock waves with various shock-breakout pressures(PSB) inducing a solid–liquid phase transition upon shock or release. It is found that the total ejecta mass changing with PSBunder a supported shock reveals a similar trend with that under an unsupported shock and the former is always less than the latter at the same PSB. The origin of such a discrepancy could be unraveled that for an unsupported shock, a larger velocity difference between the jet tip and its bottom at an early stage of jet formation results in more serious damage, and therefore a greater amount of ejected particles are produced. The cumulative areal density distributions also display the discrepancy. In addition, we discuss the difference of these simulated results compared to the experimental findings.     

Influence of Pb adatom on adsorption of oxygen molecules on Pb(111) surface: a first-principles study

Using first-principles calculations, we systematically study the influence of Pb adatom on the adsorption and the dissociation of oxygen molecules on Pb(111) surface, to explore the effect of a point defect on the oxidation of the Pb(111) surface. We find that when an oxygen molecule is adsorbed near an adatom on the Pb surface, the molecule will be dissociated without any obvious barriers, and the dissociated O atoms bond with both the adatom and the surface Pb atoms. The adsorption energy in this situation is much larger than that on a clean Pb surface. Besides, for an adsorbed oxygen molecule on a clean Pb surface, a diffusing Pb adatom can also change its adsorption state and enlarge the adsorption energy for O, but it does not make the oxygen molecule dissociated. And in this situation, there is a molecule-like PbO2 cluster formed on the Pb surface.     

晶体熔化和凝固实验的改进

针对晶体熔化和凝固实验的难点及不足,采用间歇式加热的方法来探究晶体熔化和凝固实验.通过实验数据可以看出,晶体在熔化和凝固时,温度保持一段时间不变,基本上揭示了晶体熔化和凝固时的客观规律.     

Quantum nuclear effects on the location of hydrogen above and below the palladium (100) surface

We report ab initio path integral molecular dynamics simulations of hydrogen and deuterium adsorbed on and absorbed in the Pd(100) surface at 100 K. Significant quantum nuclear effects are found by comparing with conventional ab initio molecular dynamics simulations with classical nuclei. For on-surface adsorption, hydrogen resides higher above the surface when quantum nuclear effects are included, an effect which brings the computed height into better agreement with experimental measurements. For sub-surface absorption, the classical and quantum simulations differ in an even more significant manner: the classically stable subsurface tetrahedral position is unstable when quantum nuclear effects are accounted for. This study provides insight that aids in the interpretation of experimental results and, more generally, underscores that despite the computational cost ab initio path integral molecular dynamics simulations of surface and subsurface adsorption are now feasible.