Coupling of two-dimensional atomistic and continuum models for dynamic crack

A concurrent multiscale method of coupling atomistic and continuum models is presented in the two-dimensional system. The atomistic region is governed by molecular dynamics while the continuum region is represented by construct- ing the mass and stiffness matrix dependent on the coarsening of the grids, which ensures that they merge seamlessly. The low-pass phonon filter embedded in the handshaking region is utilized to effectively eliminate the spurious reflection of high-frequency phonons, while keeping the low-frequency phonons transparent. These schemes are demonstrated by numerically calculating the reflection and transmission coefficient, and by the further application of dynamic crack propa- gation subjected to mode-I tensile loading.     

间隙对金属锡爆轰加载过程的影响

采用高能炸药透过钢板对锡样品开展爆轰加载实验,并通过数值模拟对实验结果进行验证,分析不同间隙对爆轰加载过程的影响。研究结果表明:亚毫米级别的样品间隙能对实验结果会产生显著影响;一方面锡样品与钢层间的间隙将导致冲击波在间隙表面发生强反射,反射稀疏波在钢层与炸药界面再次反射形成较强的后续压缩冲击波,进而导致锡样品的加载压力显著升高,另一方面,金属层间与炸药间的间隙将导致加载压力降低;相较于金属层间与炸药间的间隙,锡样品与钢层间的间隙对加载影响更严重,并且随着间隙尺寸变化,两种情况中间隙影响的变化趋势也有所差异。     

熔化状态下金属样品表面的微喷射问题

熔化状态下金属样品表面微喷物质的时空演化规律是目前国内外研究关注的热点问题,不过,由于压电石英计等传统诊断技术能力的限制,导致目前对该问题的认识仍存在明显不足.本文采用作者前期发展的大量程Asay-F窗技术,结合传统压电石英计,通过将其布置在距受载Sn样品自由面不同高度位置处的方法,系统研究了熔化Sn样品表面微喷物质的运动演化规律,给出了特定时刻微喷物质的密度-空间分布图像.本文研究结果从实验上确认了微喷物质时空演化过程中的"自相似膨胀"规律,成功避免了传统压电石英计由于测量量程偏低导致其获取物理认识不够全面的问题,为认识动载下金属材料的微喷运动演化规律提供了重要实验支撑.     

爆轰加载下金属样品的熔化破碎现象诊断

本文在传统Asay窗技术基础上设计发展了一种用于诊断熔化状态下 金属样品表面附近一定厚度区域内熔化破碎现象的Asay-F窗技术, 较准确给出了该区域熔化破碎物质的质量和密度分布信息, 并与表面微喷和固体层裂片的特征进行了比对分析, 为熔化破碎现象的形成机理认识和物理建模提供了重要实验数据. 而且研究表明Asay-F窗技术可在一定程度上弥补目前熔化破碎现象 主要依靠高成本质子照相技术诊断的不足. 关键词： 爆轰加载 熔化破碎 Asay-F窗     

熔化前后Pb样品表面微喷射现象研究

利用设计的大量程Asay-F窗技术,从实验上准确诊断了不同加载状态下金属Pb样品表面微喷物质量和密度-速度分布信息,重点阐释了熔化前后金属样品表面微喷特性的异同,并从理论分析的角度解释了该现象产生的物理原因,为研究熔化对金属样品表面微喷射的影响机制奠定了重要基础.     

金属铅在斜冲击波对碰加载下动态行为的数值模拟

高强度冲击加载作用下金属材料的动态物理行为是当前冲击波领域基础研究和工程应用最为关注的焦点。采用光滑粒子法(SPH)开展不同位置起爆诱发的斜冲击波对碰加载金属铅的二维数值模拟研究,得到了金属铅内入射斜冲击波的角度和强度,并利用极曲线方法理论上导出发生马赫反射时的临界入射角和入射马赫数关系。根据计算结果可知,金属铅内入射斜波对碰后将发生马赫反射。随着起爆位置与金属铅表面距离的增加,不仅金属铅内入射冲击波强度和入射角增加,而且形成的马赫杆宽度也在增加。由自由面速度剖面给出了马赫杆宽度及张角,结果与理论预测的结果吻合较好。     

膨胀柱壳恒定应变率的本构关系

考虑到金属柱壳膨胀过程中随机裂纹萌生对测试结果的可能干扰,设计了预置有中心穿透圆孔的柱壳样品,采用多普勒光纤探针测量系统获得了柱壳外壁更优的径向速度历史。基于膨胀柱壳实验中固有的非恒定应变率现象,研究了获得恒定应变率下本构方程的方法,并采用改进后的本构方程确定方法,获得了20钢恒定应变率下的应力应变关系。     

Influence of shockwave profile on ejecta from shocked Pb surface:Atomistic calculations

We conduct molecular dynamics simulations of the ejection process from a grooved Pb surface subjected to supported and unsupported shock waves with various shock-breakout pressures(PSB) inducing a solid–liquid phase transition upon shock or release. It is found that the total ejecta mass changing with PSBunder a supported shock reveals a similar trend with that under an unsupported shock and the former is always less than the latter at the same PSB. The origin of such a discrepancy could be unraveled that for an unsupported shock, a larger velocity difference between the jet tip and its bottom at an early stage of jet formation results in more serious damage, and therefore a greater amount of ejected particles are produced. The cumulative areal density distributions also display the discrepancy. In addition, we discuss the difference of these simulated results compared to the experimental findings.     

爆炸与电磁加载下无氧铜环、柱壳的断裂模式转变

考虑断面收缩率、局域断裂应变以及平均断裂应变,并基于电磁膨胀环、爆炸膨胀环(柱壳)实验平台,研究了高纯无氧铜(TU1)环及柱壳在高应变率载荷下的膨胀断裂行为。采用高速摄影技术拍摄柱壳外壁的膨胀断裂形貌演化过程,用于确定柱壳平均断裂应变;利用激光干涉测速技术获得样品径向膨胀速度历史,用于确定加载应变率;利用样品的全回收测量及微观表征,确定了无氧铜环、柱壳的局域断裂应变及断裂模式。实验表明,随着应变率的增加,TU1材料的平均断裂应变增加,断面的收缩程度加剧,并在应变率约为1.0×104 s-1附近会出现明显的断裂模式转变,断面收缩率出现量级上的跳跃,从100变化至约103,局域断裂应变呈现明显的分区现象。     

爆轰加载下金属锡层裂破碎数值模拟

对爆轰加载下低熔点金属锡的层裂破碎问题开展了数值模拟。在利用实验数据对所采用数值方法和材料模型开展对比验证的基础上,通过对样品内部物理量时间及空间分布演化对比分析,剖析了冲击加-卸载中样品内部应力波与材料相互作用过程。此外,通过对比分析不同厚度锡样品在爆轰加载下的动态行为特征,进一步认识了自由面反射稀疏波、边侧稀疏波和入射稀疏波共同作用下层裂破碎演化机制。结果表明,当样品较薄时,层裂破碎行为由反射稀疏波主导;随着样品厚度的增大,反射稀疏波主导区缩小,入射稀疏波和边侧稀疏波主导区逐渐增大。