磁驱动平面准等熵加载装置、实验技术及应用研究新进展

利用脉冲大电流装置产生随时间变化平滑上升的磁压力,实现对平面、柱面等不同结构样品的磁驱动准等熵（斜波）压缩,为极端条件下材料动力学研究提供了一种偏离Hugoniot状态热力学路径的加载手段。本文从磁驱动准等熵加载装置、实验技术、数据处理方法等方面综述了磁驱动准等熵加载技术研究近十年的新进展,评述了利用磁驱动准等熵加载技术和方法开展极端条件下材料高压状态方程、高压强度与本构关系、相变与相变动力学等方面研究的进展情况,展望了磁驱动准等熵加载技术发展及其在材料动力学、武器物理和高能量密度物理等方面的应用前景。     

磁驱动准等熵平面压缩和超高速飞片发射实验技术原理、装置及应用

利用脉冲大电流产生随时间平滑上升的磁压,实现对样品的准等熵平面压缩和超高速飞片发射,是近十年来发展和完善起来的一种新型的强动态斜波加载技术(ramp wave loading).本文简述了其原理、加载装置及数据处理方法等方面的研究进展,同时着重评述利用该技术和方法开展高压物态方程、材料动力学响应方面的研究进展,并对该技术在冲击动力学、天体物理和高能量密度物理等方面的应用前景进行了展望.      

磁场驱动等熵加载技术综述

介绍了利用大电流脉冲功率装置进行等熵加载技术研究的现状，分析了其主要的应用途径，以及等熵压缩技术研究中存在的关键问题。     

磁驱动等熵压缩实验构形的磁流体力学计算模拟

在一维弹塑性反应流体力学拉格朗日编码SSS 的基础上扩充编制成功的一维磁流体力学计算编码SSS/MHD,可以计算模拟磁驱动等熵压缩（ICE） 实验中多介质、多空腔的不同厚度平行样品构形（台阶靶） 运动,并且把磁流体计算与模拟脉冲功率驱动源的集中参数外电路方程组直接耦合,不依赖于实验当时测量的驱动电流（电压） 数据,直接根据原始数据对实验样品的力学和电磁学运动过程和各种参数剖面进行数值模拟. 介绍了对于纯铝、钽和塑料粘结炸药等3 种性能不同材料的台阶靶样品ICE 实验的计算模拟,得到了与激光速度干涉测量的不同厚度样品后自由面（或光学窗口界面） 速度历史十分符合的结果,对于实验结果的分析和实验设计的改进具有重要意义. 旨在为磁驱动实验系统的校核、设计和实验构形改进提供有一定预测能力、功能比较完善的计算模拟研究手段.     

小型材料等熵压缩磁压加载脉冲功率发生装置理论设计

材料等熵压缩磁压加载技术是当今美、俄、法等国家用于材料完全物态方程和动力学性能研究的重要和热门手段.文章综述了国外材料等熵压缩磁压加载技术研究进展,分析了磁压加载等熵压缩的基本原理.在此基础上提出了适合国内实验室研究、压力范围50GPa以内的小型材料等熵压缩磁压加载脉冲功率发生装置的设计指标,即回路放电电流上升时间500ns以内、峰值1MA以上.进而利用OrCAD/Pspice软件对装置的电感、电容等基本参数进行了优化设计,基于此提出了达到设计指标装置的工作方式.     

内爆磁压缩准等熵加载过程分析与实验验证

利用磁流体力学程序SSS-MHD模拟了炸药柱面内爆磁通量压缩发生器CJ-100装置的加载过程,讨论了各项装置参数的影响,结果表明装置可达到的峰值磁场值与初始磁场值成反比关系。设计了铁/铜夹层结构的样品靶,在该型装置上开展纯铁的准等熵加载实验。利用光子多普勒测速探头测量到6.43 km/s的样品靶自由面速度,在DT4铁中获得206 GPa的准等熵加载压力。铁材料的压力-比容曲线与理论等熵线基本重合,表明内爆磁压缩加载过程具有较高的等熵程度。

     

一维平面磁驱动等熵加载发射飞片技术

探索了一维平面磁驱动发射飞片的实验技术,实现了在一个样品上同时发射两个不同厚度的飞片,并利用VISAR测试技术同时获得了两个飞片自由面完整的速度历史。其中在回路放电峰值电流密度为823 kA/cm的情况下,在上升前沿2 s内将厚度为0.38 mm、直径为4 mm的铝飞片发射到1.5 km/s,作用在飞片上的最大磁压力为4.25 GPa。显微分析发现,在飞片速度较高的情况下,飞片与镗孔底部剪切破坏的断口上,由于凝固过程中过冷度大有非晶等现象出现。进一步促进了磁驱动等熵加载、发射飞片实验技术、物态方程研究的开展。     

CQ-4装置电磁驱动能力分析

利用磁流体力学程序对流体物理研究所设计研制的电磁驱动装置 CQ-4在充电电压分别为75.6kV、80kV、85.1kV情况下装置发射飞片的能力进行了模拟计算。CQ-4装置设计的输出电流峰值为3~4MA,上升时间小于500ns（10%~90%）,该装置主要用于磁驱动准等熵压缩与高速飞片发射实验研究。计算给出了三种充电电压下装置驱动不同尺寸飞片的结果,从而指出只有合适的厚度才能获得最佳的驱动效果,初步估计在 CQ-4上可将质量为数克的飞片加速到10~13km/s而不会被融化,其形成的射流速度可达20km/s。由于本文的计算没有考虑装置结构系数,计算得到的飞片速度比实验中获得的结果高。     

基于Monte Carlo方法的磁驱动准等熵压缩实验不确定度量化评估

磁驱动准等熵压缩实验是研究材料偏离Hugoniot状态高压物性和动力学行为的重要实验技术之一,开展不确定量化评估具有重要意义和价值。基于Monte Carlo原理,结合磁驱动准等熵压缩实验过程分析、Lagrange分析和特征线正向数据处理方法建立了适用于此类实验的Monte Carlo不确定度量化评估方法,实现利用磁驱动准等熵压缩实验获取材料声速、应力、应变等物理量以及状态方程和本构关系等物理模型的不确定度量化评估。利用建立的不确定度评估方法,对文献中已开展的钽、铜和NiTi合金的磁驱动准等熵压缩实验结果进行不确定度量化评估与分析。结果表明,基于本文中方法的评估结果与国外文献以相同原理得到的评估结果一致。对基于CQ-4装置开展的NiTi合金磁驱动准等熵压缩实验的评估结果表明,设计的磁驱动准等熵压缩实验是一种可靠的精密物理实验。在此基础上,深入讨论了磁驱动准等熵压缩实验的误差相关性和敏感性。结果表明：台阶样品厚度和粒子速度的测量是影响实验精度的主要因素。     

磁驱动等熵压缩和高速飞片的实验技术（续3）

5磁驱动等熵压缩和高速飞片的冲击大电流技术与实验研究进展5.1冲击大电流发生器在一定负载上产生数兆安培以至几百兆安培的冲击大电流,是发展脉冲功率技术的主要目的之一。永久性冲击大电流发生器的主要技术途径是通过电容或电感式中间贮能、与负载匹配的快响应传输线或特殊的     

准等熵实验数据处理的反积分方法研究

目前准等熵压缩实验中仅能直接得到加载条件相同、厚度不同的平行样品的自由面/窗口界面速度历程. 为得到固体样品内部的信息, 在基于无黏流体反积分方法的基础上, 对该方法进行了改进, 修正自由面反射对应力波的扰动, 加入流体弹塑性模型计算偏应力, 通过优化调整等熵参考线方程中的参数, 反演出了样品内部任意位置处的准等熵加载历史, 得到了样品的热力学准等熵参考线. 通过和已有的实验计算数据的比较, 验证了反积分方法的可靠性,从而为准等熵实验提供了高效可信的反积分数据处理方法.      

电磁霍普金森杆实验技术及研究进展

电磁霍普金森(E-Hopkinson)杆实验技术是利用电磁驱动的方式替代了传统霍普金森杆中子弹撞击加载杆来产生应力波, 是电磁驱动技术与霍普金森杆实验技术相结合而发展起来的一种新的动态加载技术. 本文综述了E-Hopkinson杆实验技术在单轴单向/双向及动态双轴对称压缩/拉伸、复合材料的层间断裂、金属动态包辛格效应等领域的应用现状, 涵盖了实验研究, 理论分析及数值模拟等, 最后对该实验技术未来发展方向进行了展望.     

Stress–Strain Behavior of a Transversely Isotropic Hollow Cylinder Subjected to Dynamic Internal Pressure

An analytical solution is constructed to describe the reaction of a hollow thick-walled cylinder to dynamic pressure applied to its inside surface. The material of the cylinder is assumed transversely isotropic, and its isotropy plane contains the cylinder axis. Internal pressure of general form is considered as an example, which can be used to simulate loads of different physical nature     

强动载荷下结构的柔性防护和刚性防护

通过研究柔性防护和刚性防护方面的实例,结合作者的研究结果,对应力波效应和材料动态特性效应如何影响强动载荷下的结构安全防护进行了分析和讨论。研究表明,在研究强动载荷下的结构安全防护时,不论结构承受的是爆炸冲击波还是弹体的直接撞击,都应该考虑结构与周围介质中的波传播效应与材料的应变率效应,以及这两者之间的互相联系和互相耦合。     

基于真空吸盘的新型振动加载技术研究及应用

传统的振动加载技术,试件通过刚性夹具与振动台台面进行连接,刚性夹具采用螺栓与振动台台面和试件进行连接。一些试验要求振动加载装置的连接不能破坏试件结构,传统的螺栓方式不能满足要求。本文研究了一种基于真空吸盘的新型振动加载技术,振动加载杆通过真空吸盘吸附在试件表面。该项技术已在垂尾结构的动态疲劳试验中得到应用。应用实践证明,这种基于真空吸盘的振动加载技术方便、可靠、安全,弥补了传统加载方式的不足。     

Limit equilibrium of an orthotropic plate weakened by a periodic row of collinear cracks

A modified δ_c-model is used to study the limiting state of an orthotropic plate weakened by a periodic row of collinear cracks and satisfying a general failure criterion. The failure mechanism of the plate is analyzed.Astudy is made of the effects of the degree of orthotropy, the biaxiality of external loading, and the geometrical parameters on the fracture process zones at the crack tips and the limiting state of the plate. The safe loading of an orthotropic viscoelastic plate with a periodic row of collinear cracks is examined. The effect of the rheological parameters on the safe-load region is studied Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 44, No. 8, pp. 126–135, August 2008.     

Modeling of hard disk drives for shock and vibration analysis – consideration of nonlinearities and discontinuities

This paper reviews recent advances (mostly after year 2000) in shock and vibration analysis of hard disk drives (HDD) considering the presence of nonlinearities and discontinuities. Components and dynamic phenomena in HDD where effects of mechanical nonlinearity and discontinuities are significant are discussed, e.g., head actuator suspension, dimple and slider, head–disk interface, fluid dynamic bearing, spinning disks, and load/unload dynamics. Ways to model these nonlinearities and discontinuities are reviewed in detail. Our research on modeling an entire HDD in operating mode subject to shock and vibration using a flexible multibody dynamics formulation is also presented. The numerical simulation of the shock response of a 1-in. form factor HDD is presented. A half-sinusoidal acceleration shock is applied at the base of the HDD. Response of the flying height for different shock amplitudes and duration times is simulated.     

循环加卸载损伤大理岩的动力学特性

利用MTS 815电液伺服岩石实验系统进行上限应力为80%、85%、90%、95%单轴抗压强度的大理岩单轴压缩循环加卸载实验,每种上限应力条件分别设置20、40、60、80次循环。再利用分离式Hopkinson压杆对损伤岩样进行动力学实验。分析了循环加卸载上限应力及循环次数对大理岩塑性应变的影响,揭示了大理岩动态力学参数和破碎吸收能随损伤变量的演化规律。实验结果表明:塑性应变与循环次数呈正相关,且上限应力越大,塑性应变趋于稳定所需的循环次数也会增大;动态单轴抗压强度、动态弹性模量随损伤变量增加呈指数衰减;破碎吸能占比以损伤变量D=0.343为临界点分为两个阶段,D<0.343时,破碎吸能占比稳定在10%左右,数值约为13 J,当D>0.343时破碎吸能占比随损伤变量增加不断增大。研究结果可为岩体工程的设计、施工及支护参数的选取提供参考。