爆轰加载下柱壳膨胀断裂的超高速光电摄影实验研究北大核心CSCD

随着超快物理实验研究的开展,急需建立高时空分辨的测量设备以研究高能产物的运动特性。目前,转镜高速分幅摄影相机的时间分辨力已经不能完全满足需求。因此,研究具有更高时间分辨能力的超高速光电分幅相机具有重要的意义。借助自研的超高速光电分幅相机,进行了爆轰加载下的柱壳膨胀断裂实验,同时使用转镜相机进行测量。实验结果表明,光电相机的消动态模糊能力更强,拍摄效果更好,而转镜相机拍摄的幅数更高。根据该结果,建议将两种相机配合使用,以更好地对物理过程进行测量。     

爆轰加载下高纯铜界面Rayleigh-Taylor不稳定性实验研究

金属界面不稳定性是内爆物理压缩过程中关注的重要问题,与传统流体界面不稳定性具有显著区别.由于相关理论和实验诊断技术的限制,目前该问题的研究还明显不足.为加深对金属界面不稳定性扰动增长行为的认识,本文建立了爆轰加载下高纯铜界面Rayleigh-Taylor不稳定性研究的实验诊断技术和数据处理方法,得到了扰动发展早期不同时刻界面扰动增长的X光图像.实验结果分析表明:在爆轰产物的无冲击加载条件下扰动波长基本保持不变,而初始扰动幅值越大,界面扰动增长的趋势就越明显;同时随着样品前界面扰动的不断发展,在样品的后自由面也出现了与前界面初始相位相反的扰动特征,即样品前界面扰动为波谷的位置所对应的后界面先运动而逐渐演变为波峰,而前界面扰动为波峰的位置所对应的后界面则演变为波谷;在5.26μs时刻,界面扰动幅值增长为初始值的700%左右,应变率达到了约105/s.结合数值模拟研究表明:在此情况下常用的Steinberg-Cochran-Guinan模型在一定程度上低估了高纯铜材料强度的强化特性,无法准确地描述强度对界面扰动增长的制稳作用,从而导致数值模拟结果要大于实验测量结果.     

爆轰加载下柱壳膨胀断裂的超高速光电摄影实验研究

随着超快物理实验研究的开展,急需建立高时空分辨的测量设备以研究高能产物的运动特性。目前,转镜高速分幅摄影相机的时间分辨力已经不能完全满足需求。因此,研究具有更高时间分辨能力的超高速光电分幅相机具有重要的意义。借助自研的超高速光电分幅相机,进行了爆轰加载下的柱壳膨胀断裂实验,同时使用转镜相机进行测量。实验结果表明,光电相机的消动态模糊能力更强,拍摄效果更好,而转镜相机拍摄的幅数更高。根据该结果,建议将两种相机配合使用,以更好地对物理过程进行测量。     

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     

铍青铜柱壳膨胀断裂研究

 利用高速摄影和金相分析研究了不同热处理状态的铍青铜（QBe2）柱壳在爆轰加载下的膨胀断裂特性。研究表明：材料的细观组织决定材料的静态力学性能与动态断裂性能。当同种材料的组织结构有较大差异时,材料的静态力学性能及动态断裂性能均会有较大改变;当材料的基体组织没有明显变化、只是基体中强化相的多少发生改变时,材料的静态力学性能会有较大差异,而材料的动态断裂性能将没有明显变化,原因在于造成静态力学性能差异的强化相在爆轰加载下的性能趋于一致。     

对薄层柱壳爆炸膨胀断裂过程的研究

 本文提出了一个用于描述动态破坏发展过程的损伤度函数。从这个损伤度函数出发,把材料特征性方程取为强化粘塑性本构方程形式,导出了薄层柱壳爆炸膨胀运动在两种近似下（恒定膨胀速度近似合恒定应变速率近似）断裂判据的解析表达式。结果分析表明,在上述条件下,存在着一个动态断裂“塑性峰”,在这个峰值条件的应变率下,柱壳出现贯穿断裂时刻的应变最大。以软钢为算例,本断裂判据可以比较好地解释Иванов和陈大年等给出的实验结果。这时,动态断裂“塑性峰”对应的应变率为4×10⁴ s^-1,相应的应变约为60%~80%。     

激光辐照下预加载CFRC层合板断裂行为实验研究

针对激光与机械载荷联合作用下碳纤维/环氧树脂增强复合材料（CFRC）层合板失效时间的预测需求,实验研究了不同激光功率密度（70～210 W/cm2）、不同预应力水平（拉伸强度的50%和70%）、不同光斑尺寸（拉伸试件宽度的70%和100%）下2 mm厚层合板的失效机理,获取了不同影响因素对断裂时间的影响规律。结果表明:预加载层合板失效机制为迎光面环氧树脂基底材料热解、纤维氧化断裂,背光面剩余结构偏脆性断裂;在预应力一定条件下,试件断裂时间与辐照激光功率密度成指数规律;预应力水平对断裂时间影响显著。     

实现材料高应变率拉伸加载的爆炸膨胀环技术

一维的高应变率拉伸加载主要有3项实验技术——Hopkinson拉杆、电磁膨胀环和爆炸膨胀环。本课题组对传统的爆炸膨胀环实验技术进行改进,建立爆炸丝线起爆方式的新型爆炸膨胀环实验加载技术,并利用该技术开展了材料的高应变率拉伸实验,获得了较好的实验结果。     

低真空条件下炸药强爆轰驱动实验

二级炸药强爆轰驱动超高速飞片的作用基本过程如下：第一级炸药爆轰驱动初级飞片撞击第二级炸药／飞片组合，在次级炸药中形成强爆轰，使其爆轰产物流动区成为较均匀分布的高压区，从而使得强爆轰驱动的次级飞片速度达到中高速或超高速。     

缺陷对圆管膨胀断裂影响的实验研究

采用高速分幅摄影技术,通过对比实验,获得了清晰的无缺陷和预制缺陷金属圆管膨胀断裂的演化图像.实验结果表明,缺陷大大加速了圆管的断裂过程;有缺陷圆管的产物开始泄漏的时间比无缺陷圆管提前5.5μs,采用应力/应变集中法很好地解释了这种现象.另外,针对预制缺陷圆管膨胀断裂时出现的裂块较小而数量较多、无缺陷圆管膨胀断裂时裂块相...     

气炮加载下炸药强爆轰驱动技术的初步实验研究

 利用二级轻气炮进行了炸药强爆轰驱动超高速飞片技术的研究,采用多普勒探针系统（Doppler Pins System,简称DPS）对二级飞片的速度历史进行了测量。初步获得了在较高速度（大于5 km/s）一级飞片的作用下、二级飞片的速度增益情况,并基本掌握了强爆轰驱动技术与二级轻气炮发射技术有机结合的实验技术。初步实验结果表明,采用炸药强爆轰驱动技术可使二级飞片获得较高的速度增益。     

内爆压缩加载下抗氢钢圆管剪切断裂研究

 介绍了对HR-2抗氢钢圆管在内爆压缩加载过程中的剪切断裂现象的初步研究结果。利用脉冲X光动态照相观测到抗氢钢圆管在压缩过程中发生了断裂；在回收破片中存在大量典型的剪切断口，对剪切断口进行了初步宏观分析。金相细观分析观察到HR-2抗氢钢中晶粒形状沿径向的变化规律；同时观察到了裂纹尖端的绝热剪切带及带内的微孔洞。     

高应变率下U-Nb合金的断裂组织特征

利用内部爆炸加载方法对U-Nb合金进行爆破试验，对爆破试验产生的破片进行回收，并对U-Nb合金破片进行一些微观检测分析，从而初步研究在爆炸加载下U-Nb合金的微观断裂机制。     

爆轰波对碰加载下平面Sn材料动力学行为实验研究北大核心CSCD

基于简易平面对碰加载实验装置,采用DPS测速和传统X光联合诊断技术,实验研究了Sn样品对碰区的动力学行为,给出了包含对碰区主体破碎物质的密度-空间分布数据和样品前表面微喷物质速度、分布宽度的关键信息的总体物理图像。该研究结果为后续爆轰波对碰加载下材料动力学行为实验中诊断技术的选择和解读,以及相关物理规律的认识提供了重要的实验依据。     

激光辐照下充压柱壳热断裂的可能性分析

采用3维实体单元来模拟激光辐照下充压柱壳的应力和应变分布,在光斑边缘采用棱锥单元来处理过渡区,分析了柱壳裂纹萌生的可能位置和条件。通过计算发现：外热源加载的柱壳在时间较短、内压足够大时,裂纹可能会在光斑边缘处产生并扩展开来;在功率相同的条件下,小光斑辐照时易产生裂纹,功率密度相同时,大光斑辐照下易产生裂纹,说明柱壳破坏的一个因素取决于功率密度;柱壳在不同时间,应力与抗拉强度之比分布不同,过光斑中心的柱壳母线上的环向应力在柱壳裂纹的萌生中起主要作用。     

高应变率压缩加载下LY12铝圆管的剪切断裂研究

 通过回收破片的断口观察和金相分析研究了LY12铝圆管在高应变率压缩过程中的剪切断裂现象；回收破片具有典型的剪切断裂特征，断口与径向近似成45°夹角，断口观察发现断口面经历过径向摩擦；破片金相分析表明，绝热剪切带和裂纹首先在圆管内壁附近产生，然后沿最大剪应力线向外壁扩展。利用数值计算给出了圆管在内爆压缩加载下管壁内微元的应力、应变历史，为分析LY12铝圆管的剪切断裂提供了参考。     

爆轰波对碰驱动下加环紫铜圆管对碰区的变形特性

爆轰波对碰驱动下金属圆管对碰区易出现过早断裂现象，为了推迟圆管对碰区的断裂时间，文中在紫铜圆管对碰部位设计了铝保护环结构，以研究加环后紫铜圆管对碰区的膨胀变形特性及其对圆管对碰部位破裂时间的影响。采用高速分幅摄影、脉冲x光照相两种观测技术，对加环紫铜圆管在爆轰波对碰驱动下的膨胀变形及破坏过程进行了观测。实验装置示意图及高速分幅摄影实验结果见图I。