Mg-W体系密度梯度飞片复杂加载实验的计算分析

采用弹塑性流体动力学计算方法对Mg-W体系密度梯度飞片复杂加载实验进行计算设计,考虑到飞片材料制备中单层厚度值和Mg-W最大阻抗混合质量百分数的致密条件限制, 提供12层Mg-W体系飞片的制备参数. 采用研制的梯度飞片在气炮上进行冲击加载-准等熵加载实验, 给出了飞片和LiF窗口界面处速度剖面的VISAR或DISAR实验测试结果, 并通过数值计算对实验数据进行对比, 对出现的异常现象进行了分析和实验验证, 提出以Mg-Cu为飞片材料体系的建议, 为后续深入开展可控加卸载路经和可控加卸载速率的实验研究奠定了基础.      

复杂加载下材料动态响应的数据反演技术

对梯度飞片撞击复杂路径加载实验中,具有冲击加载-斜波加载-斜波卸载的金属铝材料的波剖面信息进行了数据分析和处理,不同加载路径用不同力学响应关系式进行描述,以铝材料\氟化锂窗口界面处的速度剖面作为初始条件,用反积分方法向铝材料内部直至加载面进行了反向计算,所得计算结果与正向计算结果比较吻合较好。计算得到了材料内能、温度、声速及应变率在复杂路径加载中变化规律,并给出了材料的P-V参考线,所得结果可与正向积分计算结果相互校核。     

FeMnNi合金冲击加卸载历程研究

采用激光速度干涉仪(VISAR),应用逆向加载实验装置FeMnNi飞片/蓝宝石窗口和FeMnNi飞片/LiF缓冲层/LiF窗口,分别对低相变阈值金属FeMnNi合金含相变的低压和高压冲击加卸载历程进行实验研究。参阅文献[3,4]分析了实验结果。在低压加载下,FeMnNi合金样品存在α→ε相变,卸载时存在逆相变ε→α及逆相变引发的卸载稀疏冲击波;在高压加载下,FeMnNi合金样品存在α→ε相变,卸载时可能存在逆相变ε→γ和γ→ε行为及逆相变引发的卸载稀疏冲击波。     

金属桥箔电爆炸及飞片驱动过程的计算

根据小尺寸铜桥箔电爆炸实验结果,确定了桥箔欧姆电阻模型的计算参数。采用Sesame数据库, 建立了一种金属桥箔电爆炸及飞片驱动过程的计算方法。通过编制的EDF1.0程序,给出的计算结果再现了 桥箔电爆炸及飞片驱动全过程,计算得到的飞片末速度与桥箔爆炸电流密度呈线性关系,与经典的电格尼模 型结论一致。     

非均质结构PBX炸药的动态压缩过程模拟

采用离散元方法,构建了考虑PBX炸药晶体颗粒与黏结剂非均匀性的计算模型,通过在炸药试样两端采用相向飞片加载、将原SHPB实验的应力边界替代为速度边界的方法,开展了PBX炸药的动态压缩数值模拟研究,再现了考虑PBX炸药非均质特性的SHPB实验过程,获得了不同加-卸载路径下炸药应力应变曲线以及相应的损伤破坏图像。模拟结果表明:在动态压缩过程中,虽然PBX炸药处于整体应力平衡,由于PBX高度非均质性,内部应力分布并不均匀,晶体间应力以应力桥形式传递;应力曲线为试样整体平均,试样内局部所受真实应力可能高于曲线峰值应力;出现卸载回滞曲线的试样发生局部损伤破坏,而完全软化曲线的试样发生整体失稳破坏。     

高速平面飞片诱导的甲烷热分解过程模拟

为了研究高速颊飞片诱导下甲烷气体的化学反应和热力学非平衡过程，首先利用冲击波间断关系和理想气体状态方程计算甲烷的冻结冲击波参数，然后以波后的压力和温度作为初始条件，作定压反应计算，由此给出波后非平衡区的温度化学成分随时间变化的模拟结果。计算表明，当飞片速度v≤3km/s时，受冲击加热的甲烷分解比例较小；当飞片速度壮大时，甲烷热分解的比例迅速增大，C2H2，C2H4等产物显著增多。这一结果与用40反应模型给出的一维无粘反应动力学的数值结果基本一致，而且能更好地描述甲烷冲击波后的非平衡过程。     

超高速发射实验及其数值分析

采用多介质流体高精度欧拉并行计算程序HVL-MFPPM,对Sandia实验室和中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室进行的两个超高速发射实验装置进行数值模拟,前者给出的二级飞片前界面速度历史与VISAR实验测试和HVL-CTH程序计算结果一致,后者给出二级飞片稳定时的速度和飞行姿态与实验测试结果吻合,同时还给出了128个和216个CPU计算的界面形状.为进一步获得更高二级飞片速度的实验装置设计提供了理论和数值分析基础.     

爆炸箔起爆器小尺寸飞片速度测试

设计了一套爆炸箔起爆装置,通过精确控制桥箔-飞片-加速腔三者的定位,在飞片表面镀一定厚度的铝膜（铝膜的质量与飞片的质量相比可忽略）,合理选择VISAR探头的工作距离和与干涉腔延迟时间相关的条纹常数,屏蔽测试系统以及加设滤光片等,利用VISAR测试技术有效解决了小尺寸飞片速度的测试问题。给出了两种尺寸0.7 mm0.025 mm和0.5 mm0.025 mm飞片的速度测试结果。结果表明,采取新的措施后,获得了信噪比好、能正确反映爆炸箔起爆器驱动飞片物理过程的信号和飞片速度历史。     

实现应变率为105~106 s-1的阻抗梯度飞片复杂加载波形计算分析

为了在气炮上实现应变率为105~106 s-1的复杂加载技术研究,采用自行研制的拉格朗日程序MLEP(multi-material Lagrangian elastic-plastic)对Al-Cu-W材料体系的阻抗梯度飞片复杂加载不锈钢靶板进行数值模拟,计算设计并分析了阻抗梯度飞片的厚度和密度分布指数对靶板压力、速度和应变率峰值等波形的影响。结果表明:密度指数分布越大,加载时间越短,加载后期的压力、速度和应变率峰值曲线更陡峭;同时, 为了避免靶板/LiF窗口界面反射的稀疏波早于阻抗梯度飞片后界面反射的稀疏波达到碰撞面位置,计算设计中还考虑了飞片厚度的影响。此外,对基于理论设计的阻抗梯度飞片进行了动态考核实验,实验结果基本反映了预期的设计,为材料强度的测量奠定了基础。     

磁驱动平面飞片的一维磁流体力学计算

建立了电磁驱动平面飞片的一维磁流体力学模型,考虑了焦耳加热的影响,并对Sandia实验室Z装置上开展的一个实验进行了模拟计算,与实验结果的比较表明,计算给出的样品自由面速度历史曲线与实验VISAR测量的结果基本一致。还分析了焦耳加热对飞片的烧蚀情况,并分析了磁场穿透深度,给出了不同厚度飞片自由面的速度历史曲线。     

PBX-9501强爆轰产物状态方程的数值模拟

利用P.K.Tang的JWL强爆轰产物状态方程改造了DEFEL二维弹塑性流有限元源程序,并用改造后的DEFEL程序模拟了一系列飞片撞击PBX-9501炸药的一维强爆轰过程,给出了炸药驱动二级飞片(铝)的速度。计算得到的产物状态参数与实验测量结果符合较好,验证了增加修正项的新状态方程可较好地描述高能炸药的超压爆轰的高压流体动力学过程。     

甲烷气体的一维冲击反应动力学数值模拟

在一维无粘流体反应动力学理论基础上,分别选用无化学反应,7组元17反应和13组元和40反应模型模拟了常温下压力为0．12MPa时甲烷气体受高速飞片撞击的冲击反应流动,给出了飞片速度为3－9km/s范围内共27个算例的数值结果。在相同的初始条件下,当飞片速度较低（如3km/s)时三种反应模型给出几乎相同的结果,计算与实验结果比较表明,在较高的飞片速度下,13组元40反应模型给出的数值结果与实验结果基本一致。     

FeMnNi合金高压相变波形测量和层裂机理分析

采用激光速度干涉仪（VISAR）测试技术,利用逆向加载装置FeMnNi飞片／LiF缓冲层／LiF窗口,对低相变阈值金属FeMnNi合金高压加卸栽历程进行实验研究,结果发现FeMnNi合金在高压加载下发生α→ε相变,在高压卸载下发生ε→γ和γ→α逆相变,并有相应的稀疏冲击波Rs1和Rs2形成。应用该结果分析FeMnNi合金等厚对称在高压加载下的“反常”层裂行为发现,逆相变γ→α引发的稀疏冲击波Rs2与中心稀疏波R的相互作用是导致该“反常”层裂的主要因素。     

点起爆炸药驱动圆板击靶波形的数值模拟研究

用自行研制的二维流体动力学程序TDY2D对点起爆驱动圆板运动的3个模型进行数值模拟计算,得到的飞片击靶波形与实验波形均符合较好,具有较高的计算精度,验证了该程序的准确性和有效性。通过对爆轰驱动飞片运动过程数值模拟结果的分析,得到了装置参数对飞片击靶波形影响规律的初步认识。     

飞片在平面爆轰加载下的运动规律研究

采用多点激光测速系统（VISAR）和卷筒式电探针等测试技术，对钢，铝飞片在平面爆轰加载下的运动规律进行研究，给出了飞片在空腔中的位置h与时间t的关系曲线及飞片自由面速度v与时间t的关系曲线。还给出了采用流体力学的有限差分SSS计算程序算出的飞片自由面速度值，并与VISAR实测值进行了比较。     

基于广义波阻抗梯度飞片的准等熵压缩技术

基于变截面杆的波传播特性,设计了一种"针床型"广义波阻抗梯度飞片,即在圆薄片基座上密排叠加许多犹如针尖的小正四棱锥。采用LS-DYNA软件中SPH算法对广义波阻抗梯度飞片高速击靶过程进行了数值计算,结果显示:在飞片击靶过程中,每一个小正四棱锥台可以看作"点"式加载脉冲源,产生一系列具有缓慢上升前沿的近似球面波,球面波相互叠加得到具有缓慢上升前沿的平面加载波形,从而实现对靶板准等熵压缩加载。在数值计算中详细讨论了飞片击靶速度、飞片几何特征参数对准等熵压缩加载特性的影响规律,为广义波阻抗梯度飞片的设计与应用提供指导。基于数值计算结果,采用激光选区烧结金属增材制造技术,制备了一种广义阻抗梯度飞片样品,在一级气炮上进行击靶实验,实测了靶板自由面速度时程曲线,波形呈现了准等熵压缩加载特性,并与计算结果进行了对比,两者基本一致,从而验证了广义波阻抗梯度飞片结构设计的可行性以及数值计算结果的可靠性。     

Load-unload response ratio——An interplay between earthquake prediction and mechanics

地震预测是世界性科学难题,地震现象虽然复杂其物理实质倒是明确：地震就是地壳块体的快速剪切脆断,相应地,地震的孕育过程就是震源区介质的损伤、演化,并最终导致破坏的过程,这一过程主要是力学过程,抓住这一点就抓住了问题的物理本质,但是,在研究地震预测时遇到的力学问题和通常的（工程）力学问题有所不同,根据地震问题的特点,紧扣地震孕育过程的物理本质,提出了加卸载响应比这一地震预测新思路.
文中介绍了加卸载响应比理论的基本科学问题,包括如何对地壳加载/卸载,如何选择适当的地球物理参数作为响应量,以及怎样定义加卸载响应比,用实验研究、数值模拟和理论分析3 种基础研究手段,揭示了地震孕育过程中加卸载响应比共同的演化规律：孕震初期加卸载响应比在1 附近涨落,之后上升至峰值点,地震不在峰值点发生,而是在下降过程中发生,从峰值点到地震发生这段滞后时间称为T₂,T₂ 和震级有关,为了预测地震,必须在全国范围内作加卸载响应比的时空扫描,在时空扫描基础上,结合量纲分析,更多地考虑当地的地球物理条件,拟定了全面预测未来地震的时、空、强的思路,回顾了用这种思路进行地震预测实践的历程,     

焊趾表面裂纹应力强度因子计算的基本模式法

给出一个用来计算对接和角接焊接接头焊趾半椭圆表面裂纹在复杂应力场中，例如在残余应力场中，裂纹前缘应力强度因子（ＳＩＦ）分布的工程实用计算法——基本模式法。本文先通过高自由度的三维有限元分析，给出接头和裂纹几何参数Ｔ１／Ｔ、ａ／Ｔ、ａ／ｃ一系列组合的基本几何模型（文中给出２７种）在选定的基本应力模式（本文给出８种）作用下，沿裂纹前缘的ＳＩＦ分布，并形成一个数据库。利用这些基本模式解的插值和组合，可以非常迅速地求得一般几何参数情况下焊趾半随圆表面裂纹在复杂应力场中沿裂纹前缘的ＳＩＦ分布。在本方法中，可以考虑角接接头板厚比Ｔ１／Ｔ对ＳＩＦ分布的影响。计算过程极简单而迅速，因此特别适用于疲劳裂纹扩展行为及寿命计算问题。     

聚龙一号上磁驱动铝飞片发射实验的数值分析与再设计

聚龙一号上PTS-151发次实验中,磁驱动加速370 μm厚飞片测得的最大速度为18 km/s,磁驱动加速482 μm厚飞片测得的最大速度为19 km/s。采用MDSC2程序, 对PTS-151发次实验进行了数值分析,结果表明:PTS-151发次实验中测量的最大速度的含义不同于以往文献中飞片的最大速度。以往文献中发射飞片在测试过程中自由面未被烧蚀,测试的最大速度为飞片自由面速度;PTS-151发次实验中两个飞片在测量过程中自由面被烧蚀,实验测量的最大速度为飞片被完全烧蚀前的一瞬间飞片内部最后一个固体面的速度。在飞片自由面未被烧蚀之前,370 μm厚飞片的计算最大自由面速度仅为7 km/s,482 μm厚飞片的计算最大自由面速度仅为11.8 km/s,远低于测量值。对PTS-151发次实验条件下飞片尺寸进行了再设计,飞片厚度为680 μm时最优,既能保证自由面未烧蚀,又使得飞片的速度最大,达到17.5 km/s。     

间隙对爆轰加载下金属飞片运动特征影响的模拟分析

在炸药爆轰驱动含间隙双层钢飞片情况下,两层钢飞片间的间隙会影响外层飞片的首次、二次入射波波形及强度,进而影响外层飞片自由面速度等。为了更好地认识爆轰加载条件下金属飞片的运动特征,需要深入研究间隙对该动力学过程的影响规律。首先,开展了爆轰驱动含初始间隙双层钢飞片的简化建模及数值模拟,通过模拟与实验结果的对比,验证了简化建模的合理性;然后,对该模型的加载动力学过程进行了深入分析,给出了首次、二次加载的来源;最后,开展了不同间隙厚度对该动力学过程影响的模拟分析研究。自由面速度结果表明,随着间隙厚度由0.1 mm增加至1 mm以上,外层飞片自由面的首次起跳速度峰值先逐渐降低后基本保持恒定、二次起跳速度峰值由逐渐增加至基本不变。动力学分析结果表明,可将不同间隙大小的影响分为两个阶段,其分界判据是在爆轰加载后内层金属飞片是否能够在间隙部位发展为脱体层裂片：在间隙较小的情况下,内层飞片在间隙一侧无法发展为层裂片,在此阶段内,随着间隙厚度的增加,外层飞片的首次加载峰值压力降低、二次加载峰值压力增加;在间隙较大的情况下,内层飞片在间隙一侧可以形成厚度不变、速度稳定的层裂片,在此阶段内,随着间隙厚度的增加...