一种准二维柱面爆炸波加载装置的设计与验证

基于竖直爆轰管和径向Hele-Shaw Cell,设计并搭建了一套准二维柱面爆炸波加载装置,可以实现对Hele-Shaw Cell内部材料界面的径向冲击加载.竖直爆轰管内部的预混气体在底部点燃后,形成向上传播的冲击波,冲击波冲破爆轰管开口与Hele-Shaw Cell底板开孔之间的隔膜后,被Hele-Shaw Cell...     

等离子体中的消融激波及其时间发展

本文研究了等离子体消融所造成的激波，找出了位于激波波前及消融波前的各流体动力学参量间的相互依赖关系，对消融激波的生成与时间发展过程进行了描述。     

冲击波影响下的聚能射流侵彻扩孔方程

 当聚能射流侵彻速度大于靶板声速时,由于冲击波的产生导致波阵面后材料的状态参数发生改变,影响聚能射流的侵彻扩孔过程,致使波阵面前后不能直接应用伯努利方程求解。在考虑侵彻过程中冲击波影响的基础上,对射流轴向侵彻和径向扩孔的力学特性进行了分析,并对冲击波的传播和衰减进行了假设,着重探讨侵彻速度大于靶板声速时冲击波的影响。针对侵彻速度大于和小于靶板声速两种情况,建立了相应的侵彻模型,提出了一个新的聚能射流侵彻扩孔方程。将该方程与Szendrei-Held模型进行了比较,结果表明,新模型更符合Held等人的实验数据,冲击波对轴向侵彻的影响远小于对径向扩孔的影响。     

单晶铜中冲击波阵面结构的数值模拟研究

 用分子动力学方法模拟计算了在初始温度为0 K时单晶铜中的冲击波结构,相互作用势采用铜的嵌入原子势（EAM）,模拟计算结果表明即使是在初始温度为0 K的FCC晶体中,冲击波波阵面后的区域也会向平衡态演化。局域分析表明冲击波阵面后区域的压力、粒子速度、应变和温度随时间逐步变化到稳定态,在所研究的冲击波强度（约262 GPa）下,波后区域的平均压力、粒子速度、应变均在约1 ps内逐渐上升并达到稳定值。动能温度在波阵面处始终为最大值,随着冲击波的传播,波后非零温度区域逐渐扩大,不同时刻的粒子速度分布函数说明波后区域逐渐向热力学平衡态演化,并最终达到热力学平衡,进一步的分析说明局域平衡是系统向平衡态演化的基本过程。     

激波聚焦反射的实验和数值研究

 采用高速摄影技术和数值模拟方法,对入射激波在两种不同形状的抛物形反射器表面聚焦和反射的过程进行了研究,得到了激波聚焦反射过程的波系结构的实验阴影照片和数值计算结果,两者符合得很好。对激波聚焦形成的气体动力学焦点的特性进行了分析,结果表明,入射激波在两种反射器反射后聚焦所形成的气体动力学焦点均是由三波点在轴心处的会聚所导致的,气体动力学焦点位于相应的反射器壁面的几何焦点附近。不同的反射器中,激波聚焦前后的波系结构也不同,对较浅的反射器,入射激波反射前在反射器壁面形成了弓形激波,反射之后需要相对较长的时间完成聚焦,形成聚焦反射激波之后弓形激波仍未相交;对较深的反射器,入射激波反射后在更短的时间内聚焦,聚焦时弓形激波已经相交,聚焦反射激波之后的流场波系结构更加复杂。     

冲击下材料质量混合的实验研究及离散元模拟

 利用化爆驱动飞片对铅-锡和铜-铝的颗粒混合物进行冲击加载。回收样品的金相分析发现,在锡颗粒边界有明显的铅锡质量混合带,带宽约60~80 μm。利用扫描电镜对混合带进行点扫描,得到带内铅和锡质量分布。计算出的铅锡动态扩散系数为D=0.9 cm²/s,远高于准静态。利用离散元方法进行了数值模拟,定性的显示了高速冲击下材料细观混合的过程和机理。     

平面弱激波加载下球形气泡演化的实验研究

 利用高速摄影机直接观测了激波加载下球形气泡的演化过程。采用白色的烟雾颗粒对气泡内透明的测试气体进行染色,直接观察到了气泡界面。通过对平面弱激波加载下轻气体气泡和重气体气泡进行研究,成功验证了轻气体气泡和重气体气泡演化过程中出现的典型界面结构,获得了弱激波加载轻气体气泡中背风涡环的环状几何结构。运用相关方法分析了轻气体气泡实验初期的流场分布,得到的结果与理论分析结果吻合得很好,对于此类实验的数据处理具有一定的启发意义。同时,实验中使用的烟雾颗粒法为今后在球形气泡实验中引入更为精确的平面激光诱导荧光技术（PLIF）、激光粒子图像测速技术（PIV）等实验测试系统提供了布撒示踪粒子的范例。     

激光烧蚀水下金属产生冲击波和空泡效应的研究

采用自行研制的高灵敏度光束偏转测试系统,对脉冲激光烧蚀水下金属产生的等离子体冲击波和空泡效应进行了实验研究。实验得到了激光等离子体冲击波的传播规律、冲击波与激光空泡的分离过程、空泡的脉动特性以及空泡溃灭冲击波的形成机制。结果表明,空泡最大和最小泡径、振荡周期均随着脉动次数的增加呈减小趋势,且减小幅度较大。最小收缩泡径由泡能和腔内含气量共同决定。在同一次脉动过程中,空泡膨胀所需的时间明显大于收缩所需的时间。     

电子束在材料中的能量沉积和热激波特性

采用解析法、矩方法和Monte Carlo法等方法,计算了电子束在硬铝靶材中的能量沉积.计算表明,3个结果基本符合.根据得出的能量沉积结果和一维应变弹塑性流体动力学模型,计算了电子束热激波在硬铝靶材中的传播,并将其应力峰值的计算值与实测值进行了比较.     

煤矿巷道瓦斯爆炸冲击波与高温气流的关系

 为了给瓦斯爆炸后煤尘二次爆炸的深入研究提供理论依据,应用计算流体力学方法,对煤矿巷道内瓦斯爆炸的瞬态流场进行了数值模拟,得到了冲击波与高温气流流动的时空关系,并借助实验对数值方法进行了验证。研究表明：在瓦斯爆炸后的一定时间内,近场区域和远场的部分区域极有可能引发煤尘二次爆炸。给出了可能发生煤尘二次爆炸的区域随瓦斯区长度的函数关系式,以及远场中峰值温度和峰值超压到达时间的间隔随轴向距离和瓦斯区长度的分布特性。     

药柱冲击波在有机玻璃中的衰减特性研究

用作图法得到了药柱与有机玻璃隔板界面处的冲击波压力,利用AUTODYN 6.1软件模拟了药柱冲击波在有机玻璃隔板中的衰减过程,并用锰铜压力计法测量了药柱冲击波在不同厚度有机玻璃隔板中的压力,并根据理论公式计算了有机玻璃中相应的冲击波速度、波后质点速度和密度。结果表明,理论计算结果、数值模拟结果与试验测量结果一致,并根据试验结果得到了冲击波压力在有机玻璃中的衰减规律;AUTODYN 6.1软件能够准确地预测冲击波在有机玻璃隔板中的衰减特性。     

水中空气隔层衰减冲击波性能研究

 根据鱼雷对舰船毁伤的特点,建立了多介质水下爆炸数值模型,提出了交界面处理及广义光滑长度计算方法,编制了多介质水下爆炸计算程序,并对水下爆炸空气隔层衰减冲击波的性能进行了定量分析。结果表明：无论是接触爆炸还是非接触爆炸,空气隔层均可有效衰减冲击波,并且接触爆炸中空气隔层衰减冲击波的效果更好,最大可使冲击压力峰值降低约55%;空气隔层厚度与爆炸厚度之比为1时便可达到较好的衰减冲击波效果,继续增加空气隔层厚度对衰减冲击波效果影响不大。研究结果可为舰船结构防护及防雷舱的结构设计提供参考。     

C60在冲击波作用下的反应研究

 采用爆轰波驱动飞片,对C₆₀样品进行冲击实验,实验产生的烟灰经甲苯萃取后,采用高效液相色谱进行成份分析。结果表明：冲击波的高温高压作用使C₆₀样品大部分分解,少部分形成高碳富勒烯、富勒烯包合物和其它碳簇产物。研究了不同冲击波作用下,C₆₀样品的压强、温度的变化及对C₆₀反应的影响,并对C₆₀的分解与聚合的作用机理进行了探讨。     

基于冲击波作用于光子晶体实现光学频率变换方法的分析

分析了光子晶体实现光学频率变化的方法。阐述了光子晶体光学频率变换的原理,用软件仿真了冲击波作用光子晶体的折射率变化和带隙变化,分析了冲击波速度和冲击波作用光子晶体时间的长短对光学频率变化的影响,结论表明,冲击波速度越大光学频率的变化量越大,冲击波作用光子晶体的时间越长光学频率的变化量越大。由于利用光子晶体的禁带特性,能够对落入光子晶体禁带中的光波实现全反射,故频率转换效率很高。此种方法在近几年发展起来的可调谐激光器有重要的应用,也是光子晶体一个新的研究领域。     

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...     

水下爆炸冲击波在含吸收层结构中的传播规律的数值模拟

 利用ANSYS/LS-DYNA软件,对水下爆炸冲击波在含有吸收层的多层结构中的传播规律进行了数值模拟。结果表明：冲击波在吸收层中的衰减是由泡沫材料自身的本构引起的;在含泡沫材料吸收层的结构中峰值压力仅为不含吸收层的14%,冲击波传播波形发生改变;在含有泡沫混凝土的多层结构中应力波峰值的下降幅度比含泡沫铝的大,但冲击波传播波形的变化不是很明显;泡沫混凝土中的总能量大于泡沫铝中的总能量,因此泡沫混凝土作为防护吸收层要优于泡沫铝。     

纳秒紫外重复脉冲激光烧蚀单晶硅的热力学过程研究

采用波长为355 nm的纳秒紫外重复脉冲激光对单晶硅片进行了盲孔加工实验, 观测了随脉冲增加激光烧蚀硅片的外观形貌和盲孔孔深、孔径的变化规律, 并对紫外激光辐照硅片的热力学过程进行了分析. 研究结果表明:紫外激光加工硅盲孔是基于热、力效应共同作用的结果, 热效应会使得硅材料熔化、气化甚至发生电离产生激光等离子体,为材料的去除提供条件;激光等离子体冲击波以及高温气态物向外膨胀会对熔化材料产生压力致使其向外喷射,为重复脉冲的进一步烧蚀提供了条件;力效应主要沿着激光传输的方向,垂直于硅表面,使得去除部位主要集中在孔的深度方向,达到较高的孔径比,实验观察孔径比可达8:1;此外,激光等离子体的产生也阻止了激光对靶面的作用,加之随孔深的增加激光发生散焦,使得烧蚀深度有一定的限制,实验观察烧蚀脉冲个数在前100个时加工效率较高.     

正冲击波后固壁表面颗粒的上升运动

为揭示固壁表面颗粒的冲击波夹卷本质,模拟垂直于固壁表面的正冲击波后单个颗粒的上升运动.假定颗粒初始时刻处于气载状态(因波的反射或碰撞离开壁面),受Saffman升力、气动阻力和重力作用.模型方程为波后定常气流边界层方程和颗粒运动常微分方程,分别用单参数法和四阶龙格库塔法求解.计算颗粒速度与轨迹表明:颗粒的冲击波卷扬动力...     

核爆聚变电站发电时的冲击波超压传播规律

 核爆聚变电站在发电时会产生冲击波,其超压传播规律是核爆聚变电站洞壁设计的重要基础。现有公式在描述冲击波峰值超压时存在一定的不足（如相对误差大等）。通过理论分析得到新的冲击波峰值超压公式、正压作用时间τ₊和冲击波传播系数ω,最终得到冲击波超压的传播规律。通过对比分析表明,新公式比现有公式更加适合求解核爆聚变电站发电时所产生的冲击波峰值超压。     

基于第二粘性的Navier-Stokes方程组求解正激波结构

为考察气体第二粘性（体积粘性）对正激波内部流动的影响机制,数值求解含第二粘性的一维Navier-Stokes方程组.结果表明：第二粘性对激波内部的密度、热流和能量分布等物理量具有抹平效应,导致热流和熵流的峰值减小、激波厚度增加,体积粘性耗散的增加使得一部分机械能转化为内能;考虑第二粘性所计算的密度分布和激波厚度大为改善,与实验数据吻合较好;当马赫数为1.2≤Ma≤10,激波内部的Knudsen数满足0.12≤Kn≤0.4,对于马赫数Ma≤4.0的激波内部流动,考虑第二粘性的连续流Navier-Stokes方程组能够准确地模拟正激波结构.