一维应变压缩下TC4钛合金绝热剪切研究

 利用内径为57 mm的压缩气炮，在撞击速度为0.2~1.2 km/s（相应的靶中压力为3~15 GPa）范围内进行对称碰撞实验，以研究TC4（Ti-Al6-V4）钛合金在一维应变冲击压缩条件下的绝热剪切现象。对回收得到的受冲击样品，在扫描电镜（SEM）下进行细观金相分析。结果指出，一维应变冲击压缩条件下，TC4钛合金中绝热剪切带产生的对称碰撞速度阈值为500 m/s（相当于样品中的压力为5.87 GPa）；主剪切带与冲击方向约为45°角，带上有圆形和椭圆形两种孔洞且随碰撞速度的增大而增多和长大，这是典型的韧性损伤特征。随碰撞速度增大，产生与主剪切带成15°角的支剪切带。这些与理论预言相符。X射线能谱分析结果指出，剪切带内材料发生了(α+β)→β相的转变，是典型的相变带。剪切带的温度估算与实验提供的信息吻合。     

活性Whipple结构超高速撞击防护性能实验研究

以二级轻气炮作为加载手段,针对以PTFE/Al活性材料为防护屏的Whipple防护结构,开展不同弹丸尺寸、不同碰撞速度的超高速撞击实验。利用激光阴影照相设备,获得并分析了碎片云特性;通过回收的防护结构靶板,研究了活性材料防护结构超高速撞击条件下的后板损伤特性;通过与经典Christiansen撞击极限方程对比,获得活性材料Whipple结构防护性能,并拟合得到新型防护结构的撞击极限曲线。结果表明,相较于同面密度铝合金材料,活性材料超高速撞击条件下的冲击起爆反应使得碎片云中具有侵彻能力的碎片大幅减少,从而显著提升航天器的防护能力,撞击速度为2.31 km/s时最大可提升45%。     

钽酸锂、蓝宝石在高压下的光学性质从头算研究

采用量子力学从头算和赝势平面波基组以及非局域广义梯度近似(PP-GGA)方法对两种光学窗口材料(单晶LiTaO3和蓝宝石α-Al2O3)在0~250 GPa静水压力范围内的光学透明性进行了研究.结果表明,随着压力的增加蓝宝石和钽酸锂的最大吸收峰位置均向低波长区移动(蓝移).蓝宝石在0~250 GPa压力下,可见光范围内一直保持其透明性,而LiTaO3则在高压下时就变得不透明了,其原因是钽酸锂的前沿能带闭合而导致其吸收带宽随外界压力的增大变宽所致.     

下地幔温压下(Mg,Fe)SiO3钙钛矿的相稳定性——对冲击回收样品的微观分析

 在60~110 GPa冲击压力（估算温度为2 300~4 800 K）范围内进行了5发原始样品为(Mg_0.92,Fe_0.08)SiO₃顽火辉石的冲击压缩回收实验，对回收样品进行的X射线衍射（XRD）和红外吸收光谱（IR）分析结果表明：（1）回收样品的主相均是单链状结构硅酸盐，而非钙钛矿结构；（2）回收样品中均未观察到氧化物SiO₂和(Mg_0.92,Fe_0.08)O的XRD 和IR特征谱线；（3）回收样品的XRD、IR特征谱线变得简略，并发现了与原始样品有某些不同的特征谱线，随冲击压力增加，这种变化趋于明显；（4） 通过对比冲击压力在85 GPa以下和97 GPa以上回收样品的XRD、IR特征谱线，没有观察到明显的新谱线特征出现。结合先前的冲击Hugoniot状态方程实验数据分析，可以认为：在冲击压缩过程中样品处于钙钛矿结构，在冲击卸载过程中样品发生了由钙钛矿结构向单链状结构的逆转相变；特别是，在实验的温度压力范围内，不可能发生由(Mg_0.92,Fe_0.08)SiO₃向SiO₂和(Mg_0.92,Fe_0.08)O的化学分解相变，顽火辉石的高压相——钙钛矿结构是稳定的。回收样品和原始样品的谱线差异可能对应于高压加载或卸载过程引起的某种晶格畸变，而高压加载导致钙钛矿型顽火辉石晶格畸变的可能性更大。这一结果将对下地幔矿物学模型的建立和下地幔地震波探测结果的解释提供基础物理依据。     

准等熵压缩的数值模拟研究

 就阻抗递变的多层组合飞片对靶样品的冲击压缩过程进行了一维平面应变数值模拟计算,其中,等熵线采用逐步递推法计算。以水和钽为靶的计算结果显示,这种多层组合飞片对水和钽均产生了很好的准等熵压缩效果。其中,对水的计算结果与国外文献报道的结果一致;计算的钽/氟化锂窗口界面速度历史与实验结果十分吻合。因此,用适当匹配的多层组合飞片对靶样品产生准等熵压缩是可行的,提出的准等熵压缩的数值模拟方法是可靠的。     

高压下声速温度系数的一种新算法

 从声速的定义出发,由热力学基本关系给出了声速温度系数（偏微商）的一种计算方法,以顽火辉石为例,计算结果显示,在40～140 GPa压力范围内,其纵波、剪切波和体波的温度系数随压力的增大而逐渐减小,分别由40 GPa时的-0.386、-0.251、-0.255 m/(s·K)降至80 GPa时的-0.298、-0.188、-0.204 m/(s·K),120 GPa时的-0.244、-0.148、-0.175 m/(s·K)和140 GPa时的-0.197、-0.131、-0.162 m/(s·K)。将这一规律内推至零压得到(dK/dT)₀=-0.027 9 GPa·K^-1,与静高压下的实验值吻合很好。     

水绿矾的状态方程和高压熔化

 用阻抗匹配法和压电探针技术测量了初始密度为1.714 g/cm³（孔隙率α=ρ₀/ρ₀₀=1.898/1.714=1.107）的水绿矾（FeSO₄·7H₂O）的冲击压缩线,发现其在0～100 GPa范围内存在两个明显相区：含有部分熔融的低压相和完全熔化的高压相。在两个相区内,冲击波速度D和波后粒子速度u可分别描述为：D=0.59+2.06u（u<3.12 km/s）和D=3.18+1.223u（u≥3.12 km/s）。从冲击压缩数据出发,用欧拉有限应变理论得到了其等熵状态方程。其熔化方程可用p_m(GPa) =0.159(T_m(K)/1000)^6.3371+0.69来近似描述。     

高压下TATB压缩性质的LDA和GGA比较研究

本文采用第一性原理密度泛函理论,结合平面波赝势方法,采用局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)两种方法计算了TATB晶体在高压(0~7 GPa)压缩下的结构和物理性质,并与实验数据进行了比较.详细讨论了TATB晶体的晶体结构和分子构型随压力的变化.     

顽火辉石(Mg0.92,Fe0.08)SiO3的冲击相变和高压状态方程及其地球物理意义

 用阻抗匹配法和电探针技术在48~140 GPa冲击压力范围内对化学组分为(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃、初始密度为3.06 g/cm³的天然顽火辉石进行了冲击压缩实验。根据本工作13发实验数据，结合McQueen等人的数据可以看出，(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃顽火辉石在冲击压缩过程中，大约经历三个明显区域：低压相区，压力范围为0~40 GPa；混合相区，压力范围为40～67 GPa；高压相区，压力范围为68～140 GPa。在低压相区，D-u关系已由McQueen给出；而在高压相区（68～140 GPa），可由本实验数据得到。由叠加原理计算得到的混合物(Mg_0.92, Fe_0.08)O(Mw)+SiO₂(St)的D-u关系及p-ρ关系曲线明显偏离了实验数据的拟合曲线，从而排除了在高达140 GPa冲击压力下，钙钛矿结构的(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃发生向氧化物化学分解相变的可能性。对高压相区的实验数据进行拟合，可以得到(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃钙钛矿的Grüneisen参数γ。通过三阶Birch-Murnaghan有限应变状态方程，由冲击波实验数据得到了零压等熵体积模量K_0S=259.6(9) GPa及其对压力的一阶偏导数K′_0S=4.20(5)，其ρ₀=4.19 g/cm³。(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃钙钛矿冲击压缩下的密度数据与PREM密度剖面吻合很好，支持钙钛矿为主要成分的下地幔模型。