冲击加载下铝中孔洞长大的微观机理分析

 利用扫描电镜和透射电镜观测了冲击加载后高纯铝损伤状态孔洞的分布,发现在冲击波加载后,高纯铝中出现了大量的孔洞,孔洞大小多集中在百纳米尺度,分布不均匀,且呈现出带状形貌,局部区域的孔洞在冲击波作用下优先发展,孔洞长大,形成微米级的大孔洞。进一步的观测发现,在孔洞周围出现了大量的位错发射,发射方向位于{111}晶面上,是面心立方金属的密排面。运用分子动力学模拟进行了对比研究,验证了位错发射方向与观测结果是一致的。     

强激光辐照下纳米铜动态拉伸型断裂的数值模拟

 基于强激光辐照加载下纳米铜的层裂实验,采用含逾渗软化函数的损伤度函数模型对实验结果进行了数值模拟研究。强激光加载条件被简化为高斯分布脉冲压力施加在镍合金基体的前表面上。数值计算结果显示：损伤演化明显地改变了试样中波传播特性,无论是对微损伤还是完全层裂的试样,计算都较好地再现了实测自由面速度剖面,表明了含逾渗软化函数的损伤度函数模型在强激光加载条件下纳米铜层裂问题分析中具有较好适用性。     

冲击合成PZT95/5的X 射线电子能谱

以Pb3O4、ZrO2 和TiO2 粉体为原料,利用柱面冲击波合成了单一的钙钛矿相Pb(Zr0.95Ti0.05)O3 (即PZT95/5)粉体,用X射线衍射(XRD)和X射线电子能谱(XPS)对PZT的物相、元素化学态、分子结构和 成分含量进行了表征。冲击合成粉体和制备陶瓷的XPS结果表明,除表面存在少量的吸附氧外,样品中存在 PZT结构中的Pb、Zr 和O,陶瓷的元素定量计算接近样品的配比。且冲击压缩造成PZT 中 Zr O 、Pb O 键的键长降低,引起冲击合成粉体的Pb4f、Zr3d结合能增大。利用固相合成粉体制备陶瓷 的Zr3dXPS比冲击合成粉体制备陶瓷的Zr3dXPS多2个峰,对应于少量游离ZrO2 被还原的低价锆离子。     

Simulation of critical behaviour on damage evolution

Based on a damage evolution equation and a critical damage function model, this paper has completed the numerical simulation of ductile spall fracture. The free-surface velocity and damage distribution have been used to determine jointly the physical parameters D_l (the critical linking damage), D_f (the critical fracturing damage) and k (the softening rate of critical damage function model）of the critical damage function model, which are 0.11, 0.51 and 0.57 respectively. Results indicate that the parameters determined by any of shots could be applicable to the rest of other shots, which is convincing proof for the universal property of critical damage function. In our experiments, the shock pressure is about 1~GPa to 2.5~GPa. For the reason of limited pressure range, there are still some limitations in the methods of present analysis. Moreover, according to the damage evolution characteristic of pure aluminum obtained by experiments, two critical damages are obtained, which are 0.11 and 0.51 respectively. The results are coincident with the experimental ones, which indicate that the critical growth behaviour of damage occurs in the plastic metal under dynamic loading.     

关于铁的势函数的研究

本文介绍了由Voter-Chan提出的嵌入式原子势模型(EAM),运用该原子势计算了单晶铁的弹性常数和在高压下的固固相变.模拟结果显示此EAM势描述铁的弹性常数与实验值有一定的偏离,但是却比较好的反映了铁在高压下的相变.此EAM势模型可以用来进一步研究铁在极端条件下的相变过程等,对相变的微观机制进行更细致深入的研究.     

强激光辐照下纯铝动力学响应和层裂的数值模拟

 采用改进的损伤度函数模型,该模型将材料损伤断裂看作为一种典型的逾渗过程,根据逾渗临界准则,采用应力松弛函数来描述损伤后期微损伤之间的连通效应,考虑了损伤对材料本构的影响,对纯铝在强激光辐照下的动态力学响应和层裂破实验进行了数值模拟。通过高斯分布激光脉冲压力加载,计算分析了激光与样品相互作用。计算结果表明：损伤演化明显地改变了材料力学响应以及样品中波传播特性,计算较精确地再现了实测自由面速度随时间的变化过程。根据计算结果分析了损伤演化过程,485 μm厚样品中损伤的分布主要集中在距离样品后界面100 μm 范围内,具有明显的损伤局部化特征,最大损伤值为11.2%。     

延性材料动态拉伸断裂早期连通过程的逾渗描述

 借鉴逾渗理论,提出了新的应力松弛函数,简称PR函数（Percolation-Release Function）,用以描述断裂发生前由于微孔洞连通而引起的快速应力松弛过程,具有较为明确的物理意义。通过其与损伤度函数模型进行耦合,对无氧铜和45钢平板撞击层裂进行了数值模拟。结果表明：数值计算不仅有效地再现了界面的应力历史和自由面速度历史,而且再现了靶中的损伤分布;新的逾渗松弛函数具有较好的适用性。     

斜入射冲击波加载下PZT95/5铁电陶瓷的放电特性研究

 研究了冲击波倾斜入射PZT95/5铁电陶瓷时的放电特性。结果表明,在小负载条件下,随着入射倾斜角的增加,PZT95/5铁电陶瓷放电电流波形前沿变缓,脉宽时间增加,波形从单脉冲方波演变成梯形波,甚至锐变成三角波。     

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.     

高应变率拉伸下纯铝中氦泡长大的动力学研究

 分析了高应变率加载下纯铝中氦泡长大的动力学过程,给出了含内压氦泡长大的动力学方程,并且分别研究了氦泡内压、基体材料惯性、粘性、表面张力以及基体环境温度对初始半径为1 nm氦泡长大的影响。研究结果表明：（1）初始内压可以促使氦泡快速长大,当氦泡直径超过1 μm时,内压对氦泡长大的影响可以忽略不计。（2）表面张力在氦泡整个长大过程中的影响都很小。（3）材料惯性对氦泡长大起抑制作用,并且随着氦泡半径的增长,抑制效应越来越明显。（4）在所有因素中,温度对氦泡长大的影响最为明显,温度升高,材料的粘性降低,氦泡的内压增加,促使氦泡加速长大。