2008年  22卷  第3期

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研究论文
压力对金属铌中氦原子凝聚的影响
刘志明, 崔田, 何文炯, 邹广田, 韦孟伏, 陈长安
2008, 22(3): 225-231 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.001
摘要:
采用零温条件下的赝势-平面波方法和有限温度下的Car-Parrinello分子动力学方法,模拟了不同压力环境下氦原子在金属铌中的行为特征,研究了宿主缺陷和氦泡的形成机制。结果表明,闭电子壳层的氦原子在金属铌中具有刚球模型特征,其占据区域为金属自由电子的禁区,从而破坏铌原子之间的金属性键合。在常温条件下,局域高浓度的氦原子优先凝聚于近邻宿主空位缺陷处,从而形成氦泡;完整晶格中高浓度的氦将促使铌原子易位,形成间隙-空位模式的宿主缺陷,氦原子聚集于空位区域。完整宿主在压力(40 GPa)的作用下,晶格参数减小,铌原子之间的相互作用增强,尽管氦原子的存在削弱了铌原子之间的相互作用,位于格点上的铌原子仍难以借助热振动偏离格点形成空位,因而未能形成间隙-空位对和氦泡。
金刚石对顶砧中四点探针法精确测量样品电阻率的电极因素
吴宝嘉, 韩永昊, 崔晓岩, 刘才龙, 王月, 彭刚, 高春晓
2008, 22(3): 232-236 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.002
摘要:
为了解金刚石对顶砧上电阻率高压原位测量中的电极效应,使用有限元分析方法,对样品中的稳恒电流场进行了模拟计算,发现电极的几何尺寸以及电极与样品电阻率的差别都会对测量误差产生影响。结果发现:电极的尺寸越大,误差越大;电极与样品电阻率数值差越大,误差越大。由此给出了减小电极效应以及减小测量误差的方法。
高温高压下黑云斜长片麻岩的电性研究
黄晓葛, 白武明, 周文戈
2008, 22(3): 237-244 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.003
摘要:
在压力1 GPa、温度250~1 100 ℃、频率0.1 Hz~1 MHz的条件下,采用阻抗谱方法,对来自阴山造山带的太古代黑云斜长片麻岩进行了电导率实验研究。实验发现:(1) 所有样品的阻抗谱都是由一个大的高频半圆弧Ⅰ和一个小的被压缩了的低频弧Ⅱ组成,阻抗弧Ⅰ主要代表矿物颗粒内部传导机制,阻抗弧Ⅱ更有可能代表的是样品和电极之间的传导机制;(2) 电导率随温度的变化遵循Arrhenian定律,但在700~750 ℃间有近一个量级的跳跃,通过对比实验前后样品的显微照片和探针分析数据,认为这一电导率的大幅跳跃可能是样品中黑云母发生大量脱水熔融的缘故;(3) 在高温段750~1 100 ℃,部分熔融样品的电导率主要由钠离子传导控制;(4) 在低温段250~700 ℃,样品的激活能为0.53 eV;在高温段750~1 100 ℃,样品的激活能为1.41 eV。激活能的改变可能与样品的结构变化有关,还与样品和熔体中钠的含量以及扩散有关。
钨合金长杆弹侵彻半无限钢靶的数值模拟及分析
兰彬, 文鹤鸣
2008, 22(3): 245-252 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.004
摘要:
利用显式动力有限元程序ANSYS/LS=DYNA,采用ALE方法和Steinberg本构模型,对钨合金长杆弹侵彻半无限厚钢靶进行了数值模拟,给出了侵彻过程4个阶段的完整图像和相关物理量的时程变化曲线,分析了弹、靶的压力分布、质点速度以及材料的流动特性。结果表明:在较大速度范围内,模拟计算的侵彻深度与实验结果吻合得很好;沿侵彻轴线,弹靶交界面附近的材料行为主要由静水压力控制。
过渡金属锇在高压下的力学特性
刘小妹, 梁拥成, 宋秋红
2008, 22(3): 253-258 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.005
摘要:
基于密度泛函理论平面波赝势法的第一性原理计算,研究了过渡金属锇在高压下的状态方程、弹性常数和其它力学性质。 计算结果表明:过渡金属锇具有很高的体积模量B0(423.9 GPa)和弹性常数C11(771.3 GPa)与C33(852.0 GPa),与金刚石的(B0=452.8 GPa,C11=C33=1 082.9 GPa)比较,具有超低压缩特性;表征材料抵抗剪切变形能力的弹性常数C44(269.8 GPa)和切变模量(276.8 GPa)只有金刚石的(C44=586.9 GPa,G=537.5 GPa)一半,而所成的又是纯金属键,因此锇不具有超硬性。最后,定性分析了它的高体积模量和低硬度的微观电子机制,这对于设计与合成新的超硬性材料具有启发意义。
高压对米曲霉理化性质影响及诱变的研究
王华, 申斯乐, 李志慧, 崔航, 王彦峰, 付欣欣, 杨帆, 常亮, 郑晓一, 邹广田
2008, 22(3): 259-264 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.006
摘要:
在100~400 MPa压力、保压20 min的条件下处理酱油酿造菌种米曲霉,研究高压对米曲霉存活率、形态特征、生理性质、蛋白酶、淀粉酶活性等的影响,并诱变筛选优良菌株。结果表明:高压对米曲霉的存活率、形态特征有明显的影响;压力对蛋白酶及淀粉酶活性的影响也有特异的规律,即在一定压力范围内(0.1~200 MPa)蛋白酶的活性随着压力的增加而减小,但随着压力的进一步升高(200~400 MPa)蛋白酶的活性又逐渐增强,在300 MPa时超过对照组,400 MPa时蛋白酶的活性达到最高值;淀粉酶在0.1~100 MPa时活性下降,在200 MPa时其平均的糊化和糖化活性最强、活力最高,当压力升高活性又开始降低,400 MPa时几乎又回到对照值。另外,高压处理后获得一株理想的变异菌株HP300a:生长速度快、孢子数量多、蛋白酶活力高,且不易被杂菌污染。其成曲的几项主要指标均优于对照株,酿出酱油的几项主要指标也明显优于对照株。为利用高压诱变筛选米曲霉优良菌种、提高酿造酱油产品的产量及质量提供了理论依据,并发现了高压处理米曲霉引起其蛋白酶及淀粉酶活性改变的特殊规律。
金刚石厚膜的微结构研究
姜志刚, 冯玉玲, 郑涛, 李红东, 李博, 郑艳彬, 林志伟
2008, 22(3): 265-268 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.007
摘要:
采用直流辉光等离子体化学气相沉积金刚石厚膜,利用氢的微波等离子体对抛光的金刚石厚膜截面进行刻蚀,用扫描电子显微镜、激光拉曼光谱仪研究了金刚石厚膜的微结构及杂质、缺陷的分布。结果表明:杂质、空洞主要富集在晶界处;在金刚石膜的生长过程中,随着甲烷流量的增加,晶界密度、空洞、晶粒内部缺陷、杂质含量逐渐增加,晶界的排列从以纵向为主过渡到网状结构。
Rayleigh-Taylor不稳定性的Runge-Kutta间断有限元模拟
陈二云, 乐贵高, 马大为, 赵改平, 赵继永
2008, 22(3): 269-274 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.008
摘要:
采用发展后的间断有限元方法,对Rayleigh-Taylor不稳定性进行了数值模拟。在计算中采用Level-Set方法进行界面追踪,用虚拟流体方法(Ghost Fluid Method,GFM)对界面附近物理量进行等压装配。对两个典型的Rayleigh-Taylor不稳定性算例的数值研究结果表明,采用该方法计算含有接触间断的多介质流体力学问题是有效的,在交界面附近不出现伪振荡,具有较高的分辨率。
刚体与SPH耦合的三维数值方法研究
梁龙河, 董师舜, 王政
2008, 22(3): 275-280 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.009
摘要:
研究了刚性体与SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法相耦合的计算方法和技术,以此技术为核心,在原有三维综合拉氏程序CL3D的基础上,研制了适用于斜侵彻问题数值研究的刚性弹体与SPH靶体耦合计算的拉氏三维数值模拟程序CRSPH3D。针对金属材料编入了Johnson-Cook本构模型计算模块,针对混凝土材料编入了Johnson-Holmquist本构模型及与之配套的损伤模型和状态方程等的计算模块。用研制的计算程序对弹体分别正碰和斜碰穿透中厚铝靶和侵彻厚混凝土靶的过程进行了数值模拟计算和分析。结果表明,对于铝靶穿透问题,模拟计算得到的弹体剩余速度、弹体动能损失和贯穿图像与实验结果符合得较好。对于混凝土靶的侵彻问题也得到了与实验现象一致的、定性合理的图像。
高温高压下液态水声速的研究不同状态方程的准确性验证
李芳菲, 崔启良, 李敏, 周强, 邹广田
2008, 22(3): 281-285 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.010
摘要:
研究水的热力学状态方程,对于理解地球及行星科学等起着重要作用,但由于高温高压区域的实验数据较少,该区域的状态方程主要依赖于由低压部分外延或分子动力学模拟计算得到。采用布里渊散射技术测量熔解曲线附近液态水的声速,低温区采用电加热系统,高温区采用激光加热布里渊散射系统,分析比较了由实验测量得到的声速值与用经验状态方程计算的结果之间的差别。结果表明,在温度不超过673 K、压力不超过6.0 GPa的范围内,Abramson方程的计算结果与实验测量结果在误差范围内一致,而Saul 和IAPWS-95的预言值比实验测量值偏高,并且温度越高偏差越大。在压力为21 GPa、温度为890~1 100 K时,实验测量出的水的声速比状态方程预言的结果偏高。
高温高压条件下液态氧的声速及弹性系数研究
李敏, 崔启良, 李芳菲, 周强, 武晓鑫, 邹广田
2008, 22(3): 286-290 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.011
摘要:
采用布里渊散射技术和金刚石对顶砧高压装置,对液态氧进行了高温高压实验研究。入射光采用波长为532 nm的单纵模二极管泵浦固体激光源,布里渊光谱由3+3通道法布里-珀罗干涉仪收集。采用电阻丝外加热方法产生高温,用四柱型金刚石对顶砧压机产生高压。分别在背向散射和60对称散射配置下,研究了温度在298、367和423 K下液态氧的声速及弹性系数随压力的变化关系,实验的最高温度和压力为423 K、8.9 GPa。结果表明,通过实验测量所得到的声速值与理论计算值较接近,并发现在2.3~4.9 GPa的压力范围内,温度由298 K升高到367 K时,弹性系数并没有明显的减小,认为在这个压力范围内,当温度升高时,液氧的体积不膨胀,即基本保持不变。
运动网格上的水下爆炸数值模拟方法
王兵, 许厚谦, 谭俊杰
2008, 22(3): 291-297 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.012
摘要:
在对水下爆炸过程的数值模拟中,把水-气介质界面当作一种特殊的内部边界,并且在该边界上的网格节点都有双重定义,分别对应边界两侧的不同介质状态,通过利用HLLC(Harten,Lax,van Leer,Contact)方法求解任意ALE(Arbitrary LargrangianEulerian Method,拉格朗日-欧拉方程)方程组,以及运用界面跟踪和动网格方法,对一维球对称水下爆炸模型进行了数值模拟。结果表明,所得到的数值计算结果与实验结果吻合得较好,并且在扩展到二维柱对称水下爆炸模型时,同样得到了满意的结果。
二维气/液界面不稳定性数值模拟
王涛, 柏劲松, 李平
2008, 22(3): 298-304 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.013
摘要:
以多介质的体积分数方法和三阶PPM(Piecewise Parabolic Method)方法为基础,给出了适用于多介质流体动力学数值模拟的计算方法和程序MFPPM。利用MFPPM程序对在高压气体冲击作用下的气体/液体交界面的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性及其引起的流体混合现象进行了数值模拟研究。主要研究在不同的初始扰动情况下流体混合区的发展,并细致研究了流体混合区的宽度、气泡和尖钉高度随时间的增长情况及不同初始扰动对它们的影响;同时还研究了网格尺度不同时混合区、气泡以及尖钉的构型和高度的增长情况。通过对计算结果的分析得出,流体混合区、气泡以及尖钉的发展与初始扰动有密切的关系,特别是在后期影响更为显著;混合区宽度的变化过程和尖钉相似,而气泡高度的变化基本上呈线性增长趋势,且受初始扰动的影响比较小,但是其构型却有明显差别;网格的影响也主要体现在对混合区、气泡和尖钉的构型上。
镁铝石榴子石的高压X射线衍射研究
马艳梅, 彭刚, 李敏, 李雪飞, 高玲玲, 崔启良, 邹广田
2008, 22(3): 305-308 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.014
摘要:
对于天然镁铝石榴子石(Pyrope),在0~25.3 GPa压力条件下,在美国布鲁克海汶(Brookhaven)国家实验室国家同步辐射实验站,利用金刚石压腔装置(DAC),进行了角散X 射线粉末衍射的高压原位测量,获得了天然镁铝石榴子石随压力变化的衍射图谱。采用Materials Studio软件的Refinement模块对衍射图谱进行了分析,得到了镁铝石榴子石的晶胞参数及其随压力的变化,进而利用Birch-Murnaghan状态方程进行数值拟合,得到了镁铝石榴子石的零压体弹模量B0=199 GPa(B0=4)。
金刚石基底上氮化硼薄膜的场发射特性研究
刘立华, 李英爱, 顾广瑞, 赵永年
2008, 22(3): 309-312 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.015
摘要:
利用射频磁控溅射方法,在金刚石膜上沉积了氮化硼薄膜。红外光谱分析表明,氮化硼薄膜的结构为六角氮化硼。在超高真空系统中测量了样品的场发射特性,沉积在金刚石膜上的氮化硼薄膜的阈值电场为12 V/m,最大发射电流密度为272 A/cm2。并且沉积在金刚石膜上的氮化硼薄膜的场发射特性明显优于金刚石薄膜本身的场发射特性。这说明,氮化硼薄膜可以有效地改善金刚石膜的场发射特性。场发射Fowler-Nordheim(F-N)曲线表明,电子发射是通过遂穿表面势垒完成的。
利用平面装置冲击合成PZT 95/5粉体的研究
滕华, 杨世源, 贺红亮, 唐敬友, 王军霞
2008, 22(3): 313-317 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.016
摘要:
利用平面冲击波加载装置,以Pb3O4、ZrO2和TiO2为原料,Nb2O5为掺杂剂,合成了粒度均匀的亚微米级PZT 95/5粉体。实验通过改变飞片的厚度来调节其击靶速度,从而获得不同的冲击条件,并且实验的冲击条件均达到了PZT 95/5的合成要求。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析表明,冲击合成后的样品存在明显的晶粒细化效应,同时产生了严重的晶格畸变和大量的晶格缺陷。
高压和热处理对铝青铜微观组织的影响
杨景茹, 刘琳, 任艳军, 刘建华, 张瑞军
2008, 22(3): 318-322 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.017
摘要:
借助金相、扫描电子显微镜(SEM)/能谱仪(EDS)及X射线衍射(XRD)等方法,研究了高压和热处理对铝青铜微观组织的影响。结果表明:铝青铜经750 ℃温度、6 GPa压力处理后所获得的相的晶粒尺寸较经750 ℃温度、常压处理后所获得的相晶粒尺寸小;当铝青铜经高压处理后再经750 ℃保温2 min常压处理时,组织中出现细条状的相,且热处理后的冷却速度越大,细条状相的数量越多,颗粒状相的数量越少。
柱形装药水中爆炸近场径向压力测试初探
赵继波, 谭多望, 李金河, 张光升, 曾华龙
2008, 22(3): 323-328 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.018
摘要:
针对端面起爆柱形装药水中爆炸近场冲击波阵面呈现非球形传播的特点,采用分幅相机记录了炸药起爆36 s内近场冲击波的传播情况,分析了冲击波在不同时间和不同位置的形状;采用两台高速扫描相机测量了侧边任意一点的冲击波速度,结合Rankine-Hugoniot关系,得到了冲击波阵面的压力;同时用LS-DYNA方法对侧边任意一点的压力进行了数值模拟,两者得到的结果基本一致。
未反应炸药冲击绝热线的近似计算
傅华, 李金河, 谭多望, 李涛
2008, 22(3): 329-332 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.019
摘要:
综合考虑了炸药作为一类多组分和疏松材料的特点,在已知炸药各组分冲击绝热参数的条件下,利用叠加原理和疏松材料冲击绝热线的计算方法,对未反应炸药的冲击绝热线进行了计算。计算结果与实验数据符合较好。
高温高压下硬水铝石状态方程研究
李明, 李立新, 杨伍明, 张培峰, 高春晓, 贺春元, 郝爱民, 李延春, 李晓东, 刘景,
2008, 22(3): 333-336 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.020
摘要:
在金刚石压砧装置上,用氧化铝膜作绝热层,借助同步辐射和双面激光加温系统,分析了硬水铝石在高温高压下的结构变化,并分别用理论和实验的方法得出了其结构参数,得到了样品在不同压力温度下的体模量。这对于人们认识和研究地壳结构和地球内部物质的演化具有重要意义。研究发现,在常温和高温时其压缩率有明显不同,在高温高压范围内,其晶格常数和晶胞体积的变化非常接近样品在高压常温下的情况;而在高温低压范围内,情形和常温时有较大差别。在实验过程中并没有发现相变的产生。