铅的高压状态方程与熔化曲线

基于Gray三相状态方程模型,采用GRIZZLY的Grüneisen系数模型,对铅的冲击雨贡纽线、等温压缩线、等熵压缩线和熔化曲线进行了系统计算,优化参数,获得与实验数据一致的冲击雨贡纽线、等温压缩线与等熵压缩线,计算所得熔化温度线与X射线衍射实验结果吻合得很好。     

C30混凝土冲击绝热关系和Grüneisen型状态方程的实验研究

采用一级气炮加载技术和锰铜压力计测试技术,对含初始空隙的C30混凝土在一维应变条件下的冲击特性进行了实验测量和分析.基于锰铜压力计测量的压力波形,确定了C30混凝土材料的冲击绝热关系,即冲击波速度D与波后粒子速度u之间满足线性关系.再从C30混凝土的冲击绝热数据出发,获得了计及初始空隙度₀影响的多项式形式Grüneisen型状态方程中的各项系数.实测压力波形还显示：不同位置处的压力波形在迅速上升至峰值后均随时间逐渐衰减,而冲击波峰值又随传播 关键词： Grüneisen型状态方程 冲击绝热关系 混凝土     

冲击加载下NaCl单晶高压声速与温度的同步测量

基于二级轻气炮和多通道辐射高温计,测量了45~85GPa压力范围内NaCl单晶的B2相区、B2-液相混合相区和液相区的高压声速和温度。通过高压声速数据,确定了NaCl单晶的冲击熔化压力区间为58~67GPa。当压力为67GPa时,NaCl单晶的冲击熔化温度为3 740K。计算了NaCl单晶的等熵体模量、Grüneisen系数和定容比热容,对比分析了多种模型对Grüneisen系数高压演化特性的描述。结果显示,根据吴强模型计算的Grüneisen系数不但在液相区与冲击压缩实验结果吻合得非常好,而且在低压区也与金刚石压砧实验结果及有限应变计算结果吻合得非常好。     

Grüneisen状态方程的数值解及其应用

从Grüneisen状态方程、冲击绝热关系出发,给出求解相关微分方程组的Runge-Kutta法格式.研究钨材料的内部压力、Grüneisen系数、冷压、冷能与比体积之间的数值关系,得出Grüneisen系数、冷压、冷能及常温下压力随比体积的变化曲线.计算给出的压力一比体积关系同实验数据符合较好.在此基础上给出两个压缩状态(比体积分别为V1,V2)下压力随温度变化的曲线,说明温度的变化对压力的影响小于比体积变化的影响.     

Mie-Grüneisen状态方程的物理力学释义

通过建立一种简单的固体一维点阵定容热振动的物理力学模型,完全由力学方程推演出了Mie-Grüneisen形式的固体状态方程,并从力学本质上明确了热压力的物理意义是原子热振动时均值所造成的作用力偏载量。所得Grüneisen系数与频率的关系说明,真实三维晶体的Grüneisen系数与晶体结构相关。在简单立方晶体的情况下,获得了与Dugdale-MacDonald公式形式相同的Grüneisen系数-冷压微分关系式。研究结果证明,在状态方程构建方面,"物理力学"是一种非常有效的研究工具。     

Grüneisen系数的统计物理学定义

将广义力对系统做功引起的能量(不含冷能)的相对变化ES/ES与广义坐标的相对变化y/y之比定义为微观Grüneisen系数γS,导出了计算Grüneisen系数统计平均值的微分方程.由该方程计算了人们熟悉的热力学系统的Grüneisen系数,结果与其他方法得到的结论完全一致.     

基于晶体三维点阵热振动物理力学分析的Mie-Grüneisen状态方程

根据晶体结构建立了三维定容热振动的微观物理力学模型,由力学方程推导出了点阵热振动能量与外力的微观热振动的力学关系。在微观热振动关系中引入宏观统计物理量,直接从物理力学模型得到了Mie-Grüneisen固体状态方程和Grüneisen系数的表达式。根据晶体结构中的原子排列规律,对简单立方、面心立方、体心立方、金刚石立方晶体和理想密排六方晶体的Grüneisen系数的表达式进行了证明。结果表明,这些对称性晶体结构的Grüneisen系数与冷压具有统一的微分关系,与晶体结构无关。     

用PVDF压力计研究未反应JB-9014钝感炸药的Grüneisen参数

为了获得未反应JB-9014炸药的Grüneisen参数Γ,在火炮加载平台上对JB-9014炸药进行一维平面冲击实验。实验中,将炸药样品安装于两个铜板之间,两个PVDF压力计分别安装在炸药样品前表面和中部,记录两个位置处的压力随时间的变化历程;将圆形铜板作为飞片安装于弹托前表面,利用火炮加速弹托,使飞片以一定速度撞击样品装置前铜板,前铜板中产生右行冲击波对炸药样品形成一次压缩;随后冲击波在炸药样品/后铜板交界面发生反射,产生左行冲击波对炸药样品形成二次压缩。假设炸药样品的Grüneisen参数Γ为常数,计算不同Γ值下炸药样品前表面和中部压力随时间的变化历程,将不同Γ下的计算值与实验值进行对比,获得了JB-9014钝感炸药Grüneisen参数的最优值,为1.7。     

用PVDF压力计研究未反应JB-9014钝感炸药的Grüneisen参数北大核心CSCD

为了获得未反应JB-9014炸药的Grüneisen参数Γ,在火炮加载平台上对JB-9014炸药进行一维平面冲击实验。实验中,将炸药样品安装于两个铜板之间,两个PVDF压力计分别安装在炸药样品前表面和中部,记录两个位置处的压力随时间的变化历程;将圆形铜板作为飞片安装于弹托前表面,利用火炮加速弹托,使飞片以一定速度撞击样品装置前铜板,前铜板中产生右行冲击波对炸药样品形成一次压缩;随后冲击波在炸药样品/后铜板交界面发生反射,产生左行冲击波对炸药样品形成二次压缩。假设炸药样品的Grüneisen参数Γ为常数,计算不同Γ值下炸药样品前表面和中部压力随时间的变化历程,将不同Γ下的计算值与实验值进行对比,获得了JB-9014钝感炸药Grüneisen参数的最优值,为1.7。     

快速增压法研究温度对铝和氯化钠Grüneisen参数的影响

根据Grüneisen状态方程导出的偏导关系式γ=(K_S/T)(T/p)S(其中KS是绝热体积弹性模量),采用快速增压方法结合中值定理分别在297~494K和312~608K温度范围内研究了铝和氯化钠的Grüneisen参数γ随温度的变化关系。在平面对顶压砧模具上设计了内加热的样品组装方式,测量了不同温度下快速增压过程中样品的温升曲线和压力变化曲线,并对温升曲线进行了温度修正,使所得结果更接近绝热压缩过程。实验结果表明:铝和氯化钠在实验温度范围内、压力分别为2.17GPa和1.46GPa下,其ΔT/Δp值随着温度的升高而增大;γ值随着温度的升高表现为波动的变化趋势,与温度没有明显的变化关系。     

计算高压下金属的熔化温度、Grüneisen系数及等温压力的新公式

本文导出了一个新的熔化方程。在此基础上,借助Lindeman方程,又得到了一个Grüneisen系数计算公式和等温状态方程。通过与其它计算的和实验的结果进行比较表明,新方程是合理的。 关键词：     

α-Ti2Zr高压物性的第一性原理计算研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算获得了α-Ti₂Zr的晶体结构、弹性常数、德拜温度和电子分布情况, 研究了它们与压力的关系. 计算得到的晶体结构参数与实验值一致. 运用有限应变方法计算得到了α-Ti₂Zr的体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E和泊松比σ. B和E的零压值分别为101.2和35.6 GPa. G/B的值较小, 并且随着压力的增加而减小, 表明α-Ti₂Zr具有优异的延展性. 基于弹性常数得到平均声速, 从而获得了德拜温度Θ=321.7 K. 通过解Christoffel方程获得的压缩波和剪切波数据揭示α-Ti₂Zr具有较强的各向异性. 此外, 压力诱导电子从s轨道到d轨道的转移说明在一定压力下α-Ti₂Zr将转变为β相. 关键词： 第一性原理 α-Ti₂Zr')" href="#">α-Ti₂Zr 物性 高压     

CeO2热力学性质的第一原理研究

使用第一性原理方法结合准谐德拜模型研究压力0~30 GPa,温度0~2 000 K,二氧化铈立方结构的热力学性质,包括常压下平衡体积V、体弹模量B₀、热容c_p和熵S随温度的变化以及不同压强下热容c_p、熵S、德拜温度Θ,体膨胀系数α与温度的关系.常压下计算的热容c_p和熵S随温度的变化与实验数据符合很好.     

40GPa压力范围内铜和铝的准等熵压缩线

 基于自行研制的磁驱动准等熵压缩加载实验装置CQ-1.5,利用全光纤位移干涉仪（Doppler Pins System, DPS）、激光速度干涉计（Velocity Interferometer System for Any Reflectors, VISAR）两种测试手段,以及反积分数据处理方法,实验测量了40 GPa压力范围内T1铜、LY12硬铝和L1纯铝3种材料的准等熵压缩线,将实验准等熵压缩线与基于Grüneisen状态方程的理论等熵压缩线和冲击Hugoniot线进行了比较。结果表明,在该压力范围内,实验准等熵压缩线与理论等熵压缩线相一致,两者偏差小于3%;实验准等熵压缩线靠近冲击Hugoniot线,位于其下方,与国外文献发表的结果相同,进一步表明,实验测量结果正确可靠。     

利用VISAR测量LY12铝在冲击压缩下的声速

 介绍了利用VISAR技术测量受冲击压缩LY12铝的高压声速的方法。平板对称碰撞实验在冲击波物理与爆轰物理实验室的二级轻气炮上进行,峰值应力约为20、32、55和71 GPa。每发实验中,VISAR同时使用三种条纹常数测量LY12铝和单晶LiF窗口的界面粒子速度剖面。从三种条纹常数计算的界面粒子速度剖面相互符合,完全一致。实验信号具有很高的信噪比,表明样品与窗口之间的界面连结和处理技术非常成功。这种测量技术不仅能够得到初始加载应力下的纵波声速,而且能够得到声速沿着卸载路径的变化。将声速的塑性段外推到初始冲击加载压力即得到该压力下的体积声速。LY12铝的声速测量结果与假定ργ为常数条件下用Mie-Grüneisen状态方程计算的结果符合得很好。     

从头算方法研究面心立方铝在高温高压下的热力学状态方程

用从头算方法优化计算了面心立方铝的电子结构和总能,得到了它在零温下的状态方程和弹性性质.将得到的总能与晶格体积拟合到Debye模型,获得了非平衡态下的Gibbs自由能与温度、压力之间的关系,在此基础上计算了相应的热状态方程,利用Burakovsky-Preston-Silbar （BPS） 熔化模型计算了铝的熔化曲线.所有的电子结构和总能计算都是基于局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）的平均得到的.计算得到的铝在高温、高压下的状态方程与一些热力学性质和熔化曲线同冲击波和静高压实验数据在225 G 关键词： 铝 热力学状态方程 从头算 熔化曲线     

一种计算金属剪切模量的本构模型：以Al为例

用两步法构建了一个与温度和压力相关的适用于金属材料的剪切模量本构模型,其中的第一步任务是求得沿0 K等温线上剪切模量随压力的变化规律,即求得G₁=G₁（P,0 K）的函数式.第二步是从0 K等温线上某一给定P的G值出发,求出沿等压线上剪切模量随温度T变化的规律,从而最终求得剪切模量本构模型G=G（P,T）的具体表达式.在这两个阶段的研究中都利用了超声波测量和第一性原理计算方法的研究结果.用铝为模型材料,对本模型的合理性进行了检验.结果表明,G的模型预测数据与试验测量及理论计算数据相比较,无论G的演化是沿冲击压缩轨迹、等熵压缩轨迹、等温压缩轨迹还是等压线轨迹,都能达到令人满意的程度,故可认为本模型具有良好的普适性和合理性. 关键词： 铝 本构模型 剪切模量 冲击波压缩     

200 GPa压力范围内铝和铜的等熵压缩线计算

 将冲击Hugoniot线作为Grüneisen物态方程的参考线,以冲击的初始状态为参考状态,推导得到线性和二次曲线表示的冲击绝热线所对应的等熵压缩线方程,计算了200 GPa压力范围内铝和铜两种材料的等熵压缩线,并且计算了以Hugoniot关系为基础的Appy经验物态方程导出的等熵压缩线。计算结果表明,以Appy经验物态方程导出的等熵压缩线与以线性冲击绝热线导出的等熵压缩线接近,在200 GPa压力范围内两者相差不到1.5%。将计算得到的铝的等熵压缩线与美国Sandia实验室ICE实验Z864数据进行了比较,由线性Hugoniot得到的等熵压缩线与实验数据相差不到1%,由Appy经验物态方程得到的等熵线与实验数据几乎重合,说明在200 GPa压力范围内,以Appy物态方程和以线性Hugoniot为参考来计算的等熵压缩线有较高的精度。     

静高压加载下LY12铝的超声测量与等温状态方程

 利用“脉冲回波重合法”测量了多晶LY12铝在流体静压加载下的纵波与横波声速随压力的变化。并根据较低压力（<0.5 GPa）下的超声测量数据所确定的零压弹性模量及其对压力的偏导数,导出了LY12铝的Murnaghan、Birch-Murnaghan、Vinet三种不同形式的等温状态方程,发现由超声测量数据导出的Vinet 状态方程能很好地描述面心立方（fcc）结构的铝与铝合金在较高压力（约200 GPa）下的压缩特性。此外,由超声数据计算了LY12铝在室温常压条件下的Debye温度为430.97 K、热力学Grüneisen系数为2.025、平均声模Grüneisen系数为2 379。     

Sn的分析型键级势

基于类似于Tersoff-Brenner模型的键级势架构, 从Sn的5种几何构型的基本物性第一性原理计算结果和实验结果出发, 通过Levenberg-Marquardt方法建立了Sn的分析型键级势.利用得到的相互作用势和分子动力学方法, 计算了Sn的β 相和体心四方晶体相的晶体结构、结合能、键距、键能以及体变模量, 并进而计算了Sn的α 和β 相的自由能、内能和熵随温度的变化.结果表明, β 相和体心四方晶体相的基本物性以及α↔β 相变温度计算结果与实验值符合良好, 建立的分析型键级势可用于Sn基钎料合金性质的大尺度分子动力学模拟. 关键词： 原子间相互作用势 Sn 分子动力学 第一性原理