冲击波在纳米金属铜中传播的分子动力学模拟

使用分子动力学方法模拟了冲击波在纳米金属铜中的传播,模拟样品由Voronoi方法得到.结果显示纳米金属铜在冲击加载下呈现多次屈服的现象,并发现冲击波具有多波结构.由于设计样品时选择了晶粒取向,晶界滑移和位错在冲击波波形上被区分开.冲击波波阵面由弹性变形区、晶界滑移主导的塑性变形区和位错主导的塑性变形区组成.样品中弹性波前沿扰动较小,而位错主导的塑性波前沿扰动较大,造成后者的主要原因是波阵面上沿冲击方向不同取向晶粒的不同屈服行为.     

多孔脆性材料对高能量密度脉冲的吸收和抵抗能力

作用在脆性结构材料表面的高能量密度脉冲会以冲击波的形式传播进入材料内部, 导致压缩破坏和功能失效. 通过设计并引入微孔洞, 显著增强了脆性材料冲击下的塑性变形能力, 从而使脆性结构材料可以有效地吸收耗散冲击波能量, 并抑制冲击诱导裂纹的扩展贯通. 建立格点-弹簧模型并用于模拟研究致密和多孔脆性材料在高能量密度脉冲加载下的冲击塑性机理、能量吸收耗散过程和裂纹扩展过程. 冲击波压缩下孔洞塌缩, 导致体积收缩变形和滑移以及转动变形, 使得多孔脆性材料表现出显著的冲击塑性. 对致密样品、气孔率5%和10%的多孔样品吸能能力的计算表明, 多孔脆性材料吸收耗散高能量密度脉冲的能力远优于致密脆性材料. 在短脉冲加载下, 相较于遭受整体破坏的致密脆性材料, 多孔脆性材料以增加局部区域的损伤程度为代价, 阻止了严重的冲击破坏扩展贯通整个样品, 避免了材料的整体功能失效.     

Grüneisen γ通用函数及完全物态方程

在分析Grüneisen γ近似函数的适用范围和热力学γ高压演化特性的基础上, 根据Grüneisen γ系数的物理性质和变化特点, 利用数学分析的方法建立了Grüneisen γ通用函数γ_n(v). 将γ_n(v)代入热力学函数γ(v, T), γ(v, T)即成为全压力区连续可导的函数, 并由γ(v, T)直接导出了等熵温度函数T_S(v); 再根据等熵温度与Hügoniot 温度的函数关系获得了Hügoniot温度方程的解析函数T_H(v), 从而使Hügoniot方程成为完全物态方程. 对几种金属做了检验, 由等温方程推算Hügoniot方程, 或者由Hügoniot方程推算等温方程, 其结果都与实验符合得很好.     

单晶铜在动态加载下空洞增长的分子动力学研究

冲击载荷下延性材料的损伤是材料中微空洞的产生和长大演化的结果.利用分子动力学模拟 方法对延性金属单晶铜中单个空洞在动态加载下的演化发展进行了研究，得到了空洞增长过 程中的应力分布及空洞增长演化随冲击强度变化的规律.模拟结果表明，动态加载下的前期 压缩过程对后期拉伸应力场作用下的空洞增长演化特征有不可忽视的影响，微空洞增长的阈 值则与单晶实验中层裂强度随拉伸应力作用时间减少而增加的趋势相一致. 关键词： 层裂 分子动力学 动态加载 空洞     

冲击波极端条件下玻璃的细观结构破坏

 研究了冲击波极端条件下玻璃介质的细观结构破坏问题，指出在低于Hugoniot弹性极限的应力区内，按照细观结构损伤程度的不同，在受压玻璃介质中可以划分出两个区域，即压缩区和破坏区。以K9和ZF1玻璃为例，通过双层结构样品实验，确认了玻璃样品的表面效应（即表面原生微裂纹的扩展）是破坏区形成的第一位原因。其次，基于对破坏区内细观结构损伤和破坏特性的分析，进一步提出：由于玻璃内部散布的不均匀相与其基体介质之间的压缩率不同，冲击波压缩造成了众多的局域变形点，当表面裂纹扩展到不均匀相与基体的边界处，会出现裂纹扩展路径拐折或分叉，造成介质的分割甚至粉碎，这是破坏区生成的第二位原因。     

Controlling Factors of the Electric Field at the Triple Junction

The metal-dielectric-vacuum junction is defned as the triple junction owned enhanced electric field, thus this special region is regarded as the location where primary electrons emission is favored. For electron emission, triple junction could affect both the flashover breakdown of insulators and the electron emission property of ferroelectrie cathodes. In this study, we theoretically investigate the electric field enhancement in the triple-junction region. It is found that the key parameter to determine the field enhancement is the taper angle of the electrode and the relative permittivity of the dielectric. In addition, we first deduce the accurate expression of the electric field in this special region. The controlling parameters for determining the field enhancement are discussed in detail. We also discover the way to reduce the electric field of this region through simulation. The current analysis would be useful for both the electron emission enhancement and the issue of flashover breakdown.     

Depolarization and Electrical Response of Porous PZT 95/5 Ferroelectric Ceramics under Shock Wave Compression

The release of bound charges by shock wave loading of poled lead zirconate titanate （PZT 95/5） ferroelectric ceramics can result in a high-power electrical energy output. In this study, a theoretical formulation describing the depolarization and electrical response of porous PZT 95/5 ceramics in the normal mode to shock wave compression loading perpendicular to the polarization direction is developed. The depoling process in porous poled PZT 95/5 ceramics is analyzed by using a parallel circuit consisting of a current source, capacitance, conductance and a circuit load. This modeling takes the effects of porosity on wave velocity and remanent polarization and dielectric constant into account, and the effects of variations in dielectric constant and conductivity in the shocked region are assessed. The output current characteristics of porous PZT 95/5 ceramics under short-circuit and resistive load conditions are analyzed and compared with the experiment, with the results showing that theoretical predictions taking into consideration the porosity of ferroelectric ceramics are in close agreement with the experimentally measured electrical response of porous PZT 95/5 under shock wave compression loading.     

延性金属材料损伤断裂微观机制

材料的层裂是武器设计中需要考虑的重要问题之一。对延性材料而言,层裂过程包括微孔洞的成核、增长和贯通3个阶段,因此认识孔洞在冲击加载下的演化过程,对研究延性断裂具有重要意义。我们以典型延性金属材料——单晶铜作为研究对象,利用分子动力学方法对孔洞演化相关问题进行了研究。     

榍石的冲击高压行为与辐照损伤效应对比研究

高压和辐照这两种极端条件会造成晶体材料的晶体结构发生改变或损伤。以榍石(CaTiSiO_5)为研究对象,利用冲击高压和样品回收技术,探索冲击高压作用后结构的变化规律,并与辐照造成的损伤榍石作对比研究,认识冲击高压与辐照造成榍石结构损伤的异同。研究表明:冲击高压作用下,晶态的榍石出现结构损伤和非晶化,出现类似于榍石的辐照损伤现象,但具体过程和受损的晶体结构有明显不同。具体表现为:X射线衍射、红外和拉曼光谱的特征峰强度减弱,谱线变宽,细节丢失;冲击高压导致晶态榍石拉曼光谱的Ti–O伸缩振动主峰出现红移,与辐照损伤蜕晶化过程出现的蓝移相反。此外,晶胞参数a、b、c和晶胞体积V减小,与辐照损伤过程相反。