材料动态响应的多尺度数值模拟专刊·前言

正材料性质的多尺度数值模拟概念首先在20世纪末禁核试条约签订前由美国核武器相关实验室提出来的,目的是通过理论和数值模拟解决过去主要靠场地试验确定的经验成分,实现工程的全物理设计。由于该思路契合了人们对材料性质的认识规律,从传统宏观尺度认识走向微介观机理认识,并迅速从力学、物理学拓展到其他     

冲击波物理与爆轰物理研究进展

在中国工程物理研究院(以下简称中物院)建院50周年之际,文章作者对近年来在中物院开展的冲击波物理与爆轰物理研究工作进展情况作了介绍.首先,对该项研究工作的意义作了说明.其次,简单回顾了过去完成的几个代表性研究工作.然后,对近期主要的研究方向,其中包括冲击波温度测量和高压熔化规律研究、高密度气体物态方程研究、固体物质的宽区物态方程实验和理论研究、高压本构关系研究、材料的损伤演化及动态破坏研究、爆轰波传播规律与驱动飞层研究,以及高能炸药起爆性能与热点形成机理研究在实验技术、规律性探索到理论建模方面取得的近期主要进展作了重点介绍.文章最后对未来研究作了展望.     

分子动力学方法在金属材料动态响应研究中的应用

随着计算机技术和实验诊断技术的发展,分子动力学(MD)方法在冲击动力学领域发挥着越来越重要的作用。从MD方法的基本原理出发,介绍了积分算法、相互作用势、常用的数据处理方法,系统梳理了MD方法在冲击加载下金属材料的塑性变形、相变、动态损伤断裂(层裂)等研究的应用。其中:在冲击塑性方面,主要阐述单晶、双晶和多晶体系中的塑性变形机理,以及变形过程与微结构等的联系;在冲击相变方面,主要以金属铁为例,介绍耦合冲击相变与冲击塑性的MD计算模拟工作;在动态损伤断裂方面,主要阐述冲击加载下金属材料中孔洞动态演化及贯通、激光加载下材料的动态响应等工作。最后,对MD方法的未来应用进行了展望,以期为相关领域的研究提供参考。     

基于LABVIEW的激光实验光路调节系统

针对当前大部分超短超强激光实验中真空光路调控效率低、操作方式繁琐等缺点,设计了一种基于LabVIEW软件开发平台的集成化实验光路调节系统来实现对光路高效便捷的调控。该系统由光斑位置采集单元、光斑位置调节单元和计算机等三部分构成,其设计思路是利用激光光斑映射在CCD上的空间位置,实现光路指向定位的反馈,根据反馈信息设计人机交互界面实现光路指向的调控。该系统成功实现多线程并行运行,并将不同型号不同通讯方式的多个位移台控制器集成于同一界面控制。实验证明,与常用的手动调节系统相比,该系统对实验光路的调控更方便快捷,调节效率更高。     

C2H2在金刚石（001）-（2×1）重构面上吸附的分子动力学模拟

利用Brenner半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法，研究了乙块（C₂H₂）分子在金刚石（001）-（2×1）重构表面上的碰撞动力学过程与化学吸附构型的关系.观察到C₂H₂在金刚石表面的6种吸附结构.约95％的吸附呈C₂H₂与表面形成两个σ单键的形式.讨论了轰击能量、入射位置及金刚石表面原子的空间位形对各种吸附构型形成的影响.还给出了化学吸附过程的分子快照，并讨论了C₂H₂分子与表面的能量交换关系. 关键词：     

束校正线圈的三维数值模拟和设计

介绍了用Ｂｉｏｔ－Ｓａｖａｒｔ定律对偶极子校正线圈进行三维数值模拟的方法，给出了计算结果和有关的结论，简化了这种线圈的设计和减小了加工难度。     

下地幔压力条件下(Mg0.97, Fe0.03)O方镁铁矿的光学性质

本文采用第一性原理方法, 计算了(Mg_0.97, Fe_0.03) O方镁铁矿的理想晶体和含镁-氧离子双空位点缺陷晶体在下地幔压力条件下的光学性质. 吸收光谱数据表明, 方镁铁矿理想晶体的结果与晶体场等理论预测的结果相似:压力诱导铁自旋态的转变将导致方镁铁矿吸收谱有巨大蓝移, 并在近红外光区出现了透明现象. 然而, 在方镁铁矿中含有点缺陷时, 其结果与晶体场等理论预测结果存在本质差异:铁自旋态的转变将导致在近红外光区的吸收性显著增强. 含点缺陷晶体折射率的计算结果表明, 压力、波数及铁自旋态的转变对(Mg_0.97, Fe_0.03) O方镁铁矿的折射率有较明显地影响. 本文结果不仅对探索下地幔方镁铁矿在高压下的光学性质有重要的参考价值, 而且还指明高压吸收光谱的测量可能是准确获得铁自旋态信息一个好的手段.     

掺稀土元素(Y，La)的γ-Si3N4的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函的平面赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA)，计算了未掺杂和掺杂稀土(Y，La)的γ-Si₃N₄中N-Y(La)键的布居值和它们的键长、掺杂后能带结构和态密度.发现掺杂后的带隙要减小，并且可能形成新的半导体，这将为找到新的半导体提供一个方向.还进一步研究了掺杂稀土(Y，La)后的光学性质，掺杂后有更高的静态介电常数，可以作为新的介电材料和好的折射材料，这对于一定的光学元件有潜在的应用前景.     

准等熵压缩下金属钽的屈服强度分析

 为分析固体材料的准等熵压缩实验数据,引入了率相关本构方程和流体弹塑性模型,建立了考虑材料强度效应的反积分数据处理方法。利用CQ-1.5磁压驱动装置中多晶钽的准等熵压缩实验数据,对钽的屈服强度和流应力进行了反积分数值模拟和分析,计算了钽的拉格朗日声速和应变率分布情况。得到了钽在准等熵压缩过程中样品内部及加载面上压力和速度的分布及演变规律,获得了30 GPa压力下钽的准等熵屈服强度约为1.85 GPa,准等熵弹性屈服极限约为2.9 GPa。此外,计算得到了与Sandia实验室数据高度吻合的应力-应变曲线和准等熵p-V参考线。     

铜固液两相共存系统的分子动力学模拟

基于Mishin势函数,用分子动力学方法模拟了金属铜的固液两相共存系统.在熔化过程中固液界面逐层推进,由collision-limited理论确定到零压下（001）表面熔点为1392.9±9.2 K,动力学系数为82.3 cm·s-1·K-1.