2011年  25卷  第2期

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研究论文
光滑粒子流体动力学有限元法接触算法研究
张志春, 强洪夫, 高巍然
2011, 25(2): 97-103 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.001
摘要:
耦合光滑粒子流体动力学(SPH)方法和有限元法(FEM),是研究冲击动力学问题的一种有效途径。为解决SPH粒子和有限单元间的接触问题,提出了SPH-FEM接触算法。该算法是在有限元节点处设置背景粒子,采用SPH接触算法的思想,计算施加在SPH粒子和有限元节点上的接触力,并且以外力的形式分别加入到SPH动量方程和有限元动力学方程中。利用SPH-FEM接触算法,对两杆撞击以及圆柱形钢弹正冲击钢板发生的冲塞破坏过程进行了三维数值模拟,靶板采用含损伤的Johnson-Cook模型和Grneisen状态方程,模拟结果与实验结果吻合较好。
ZrN-ZrB2纳米复合材料的高压制备及性能表征
陆凤国, 邱利霞, 丁战辉, 郭星原, 吕洋, 赵旭东, 刘晓旸
2011, 25(2): 104-110 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.002
摘要:
以金属锆粉(Zr)和六方氮化硼粉(h-BN)为原料,结合高能球磨和高温高压合成技术,制备出了ZrN-ZrB2纳米复合材料。利用X射线衍射、透射电镜和拉曼光谱等测试手段,对材料的结构和合成规律进行了研究。结果表明,高能球磨过程中只合成出了ZrNx,没有出现ZrB2,从N、B原子与Zr进行固态反应的热力学和动力学方面分析了原因。利用Zr与BN粉球磨10 h后的混料,在压力为5 GPa、温度为1 300 ℃的条件下,制备出了具有高致密度的ZrN-ZrB2纳米复合材料。其维氏显微硬度(17 GPa)、热膨胀系数(7.5710-6 ℃-1)和电阻率-温度系数(8.84610-4 ℃-1)等材料参数的测量结果表明,ZrN-ZrB2复合材料是一种集优良的力学、热学和电学性能于一体的纳米复合材料。
爆轰法合成碳包覆镍纳米颗粒的研究
罗宁, 李晓杰, 费鸿禄, 莫非, 张程娇
2011, 25(2): 111-117 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.003
摘要:
采用自制的负氧平衡复合炸药前驱体,在密闭容器中充氮气保护下爆轰合成了碳包覆镍纳米颗粒。利用X射线衍射、X射线荧光、透射电镜和拉曼光谱等技术,对爆炸产物的组成成分、结构形貌等进行了观测。结果表明,爆轰产物主要由具有面心立方结构的镍晶核和碳元素构成,此外还含有其它微量元素;合成的纳米颗粒呈球形或椭球形状,颗粒尺寸主要分布在10~25 nm范围,包覆的碳壳厚度约1~2 nm,核壳结构完备。结合观测结果,对爆轰法合成碳包覆纳米颗粒的形成机制进行了简单的讨论。
六方氮化硼的结晶度对合成立方氮化硼的影响
吉晓瑞, 杨大鹏, 杨晓红, 张铁臣
2011, 25(2): 118-122 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.004
摘要:
将3种不同初始结晶度的六方氮化硼(h-BN)分别与Li3N按一定比例混合,在低于立方氮化硼(c-BN)的合成温度和压力条件下,采用高温、高压预处理方式,使3种h-BN的结晶度发生改变。对不同预处理条件下得到的h-BN进行X射线衍射分析,确定了结晶度的变化程度。用不同结晶度的h-BN作为初始原料合成c-BN,观察并分析了h-BN向c-BN转化时微观结构的变化以及h-BN的结晶度对合成c-BN的影响。实验结果表明,结晶度低的h-BN更容易合成c-BN。
六角相B-C-N化合物的高压相变研究
杨洁, 李明, 林鹏, 于栋力, 何巨龙
2011, 25(2): 123-127 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.005
摘要:
采用原位高压同步辐射能散X射线衍射和金刚石压砧技术,实验研究了新型超硬材料六角相B0.47C0.23N0.30的高压相变及物理特性,压力范围为1.4~30 GPa。实验结果表明,六角相B0.47C0.23N0.30在14.9 GPa压力下发生了相变,形成的新相为六方纤锌矿结构。计算得到了具有六方纤锌矿结构的B0.47C0.23N0.30的晶格常数、晶胞体积随压力的变化关系,并与六角相B0.47C0.23N0.30进行了对比分析。根据布里奇曼方程,计算得到了具有六方纤锌矿结构的B0.47C0.23N0.30的体模量K0=(27526)GPa,非常接近立方相BC2N的体模量(28215)GPa。
利用激光超声技术测量介观尺度材料的声速
马云, 张毅, 李加波, 蔡灵仓, 李剑峰, 王翔, 翁继东, 李军, 敬秋民, 李俊
2011, 25(2): 128-132 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.006
摘要:
设计并建立了一种可用于测量介观尺度(几十微米至几毫米)材料声速的激光超声系统。该系统采用脉宽为6.3 ns的调Q激光器作为超声波激发光源,使用光纤位移干涉仪进行超声位移探测。利用新建立的激光超声系统,测量了不同厚度铜箔的纵波声速。结果表明,激光超声系统得到的声速具有较高精度,可以将其应用于介观尺度材料声速测量。
激光干涉测速技术在内弹道弹丸速度测量中的应用研究
王德田, 彭其先, 刘俊, 蒙建华, 刘寿先, 陈光华, 刘乔, 邓向阳
2011, 25(2): 133-137 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.007
摘要:
利用任意反射面激光干涉测速(VISAR)系统以及全光纤位移干涉仪(FDI),测量了线膛炮弹丸速度,获得了线膛炮弹丸在0~491 s内从零加速到140 m/s的速度历史,弹丸运动了20.7 mm,出炮口时的弹丸速度为817 m/s。实验结果表明,影响激光干涉测速技术在内弹道测量中应用的主要因素是炮口烟。研究结果对于深入探索激光干涉测速技术在内弹道测量中的应用有重要的参考意义。
RDX激光点火的一维气相模型
田占东, 张震宇, 卢芳云, 谭福利
2011, 25(2): 138-142 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.008
摘要:
为了研究含能材料RDX在激光作用下的点火特性,在Liau等人的工作基础上,考虑了物理参数随温度和组分浓度的变化,建立了RDX激光点火的气相模型。利用有限差分方法,计算了激光功率密度为400 W/cm2、环境压力为0.1 MPa时RDX的点火过程。结果表明:约90%的RDX以蒸发的形式进入气相,另外的10%在液相中发生分解;气相中随着反应物的增加和温度的升高,反应逐渐加剧,最终达到点火。计算得到的点火延迟时间为10 ms,与已报道的研究结果基本一致。
A位平均离子尺寸对六方RMnO3多铁化合物的结构和性能调控
冯少敏, 王丽娟, 朱金龙, 刘清青, 李凤英, 靳常青
2011, 25(2): 143-146 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.009
摘要:
实验研究了A位离子的化学内压对Ho1-xDyxMnO3(0x1)固溶体相结构物理性质的影响,发现掺杂稀土离子Dy3+所引起的内压力可使具有六方结构的RMnO3向高压正交钙钛矿结构转变,形成六方相、六方相与高压正交相混相以及高压正交相3个区域。利用Rietveld方法,对Ho1-xDyxMnO3的X射线衍射数据进行结构精修,得到了六方相的晶格参数和晶胞体积随Dy3+含量的变化规律,此外还测量了磁化率和比热随温度的变化关系。研究结果表明,Dy3+对Ho3+的替代增强了稀土离子间的相互作用,使磁有序温度T2向高温方向移动,而Mn3+自旋重新取向温度TSR则呈现先减小后增加的趋势。
高温高压下蛇纹岩电导率的初步研究
刘在洋, 王多君, 李和平, 郭颖星, 于英杰
2011, 25(2): 147-152 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.010
摘要:
在压力为2.0和4.0 GPa、温度为373~933 K的条件下,利用交流阻抗谱仪,在0.1~106 Hz的频率范围内测量了蛇纹岩的电导率。实验结果表明:蛇纹岩的复阻抗对频率有明显的依赖性,电导率受温度的影响较大,压力对电导率的影响相对较弱;当温度为690~761 K时,蛇纹岩发生脱水,致使电导率发生突变;脱水前,蛇纹岩的活化能约为0.6 eV,脱水后则高达2 eV。根据测得的电导率和活化能,分析了蛇纹岩脱水前、后的微观导电机制。分析认为,脱水前蛇纹岩的微观导电机制可能与内部二价铁和三价铁之间的电子移动有关,脱水后则可能是离子导电。
FeMnNi合金冲击相变与卸载逆相变历程研究
陈永涛, 李庆忠, 唐小军, 刘文韬
2011, 25(2): 153-158 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.011
摘要:
采用VISAR测试技术,将正向加载和逆向加载实验相结合,研究了不同加载压力下FeMnNi合金的冲击相变和卸载逆相变历程。结果表明:冲击加载压力与冲击相变阈值之差小于逆相变阈值时,即0p-tn,FeMnNi合金发生相变,加载段呈现弹性波、塑性波和相变波三波结构,塑性波在自由面反射稀疏波使FeMnNi合金完成逆相变,卸载段呈现稀疏波、稀疏冲击波和稀疏波三波结构;p-tn时,加载段呈现弹性波、塑性波、相变波和相界面反射压缩波的四波结构,卸载过程中相变波反射稀疏波使FeMnNi合金完成逆相变,卸载段呈现稀疏波和稀疏冲击波的两波结构。
某PBX炸药的动态力学性能研究
李俊玲, 卢芳云, 傅华, 赵玉刚, 谭多望
2011, 25(2): 159-164 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.012
摘要:
PBX炸药作为现代武器的主装药,它的力学行为决定着武器的生存能力。为了研究PBX炸药的动态力学特性,采用分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)作为加载手段,结合半导体应变片测试技术和压电晶体监测技术,保证了实验数据的有效性。利用SHPB加载波整形技术,实现了材料两端应力平衡和常应变率加载,得到了不同应变率(90~410 s-1)下材料的应力-应变曲线。根据材料的模量、破坏强度和破坏应变随应变率的变化规律,采用粘性修正的Sargin模型,得到了该PBX炸药在单轴压缩下的唯象本构模型,模拟结果与实验曲线符合较好。
水中空气隔层衰减冲击波性能研究
姚熊亮, 杨文山, 初文华, 张阿漫
2011, 25(2): 165-172 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.013
摘要:
根据鱼雷对舰船毁伤的特点,建立了多介质水下爆炸数值模型,提出了交界面处理及广义光滑长度计算方法,编制了多介质水下爆炸计算程序,并对水下爆炸空气隔层衰减冲击波的性能进行了定量分析。结果表明:无论是接触爆炸还是非接触爆炸,空气隔层均可有效衰减冲击波,并且接触爆炸中空气隔层衰减冲击波的效果更好,最大可使冲击压力峰值降低约55%;空气隔层厚度与爆炸厚度之比为1时便可达到较好的衰减冲击波效果,继续增加空气隔层厚度对衰减冲击波效果影响不大。研究结果可为舰船结构防护及防雷舱的结构设计提供参考。
爆炸焊接斜碰撞过程的数值模拟
李晓杰, 莫非, 闫鸿浩, 张程娇
2011, 25(2): 173-176 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.014
摘要:
借助动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA 11.0,建立了考虑材料强度的流体弹塑性力学模型,运用光滑粒子流体动力学(SPH)方法,对爆炸焊接斜碰撞过程进行了数值模拟。界面波和射流的模拟结果与爆炸焊接生产实际中的现象较为吻合,说明采用SPH方法对爆炸焊接斜碰撞过程进行模拟研究是有科学价值的。
PIV技术在气体界面不稳定性实验研究中的应用
高宁, 张光升, 林俊
2011, 25(2): 177-182 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.015
摘要:
采用粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术,以乙二醇烟雾作为示踪粒子,实验测量了平面激波作用下SF6气柱-空气界面Richtmyer-Meshkov不稳定性演化图像和二维速度场。测量结果揭示了不稳定性流场的典型特征和细微结构,与高速摄影和数值模拟结果符合,说明建立的PIV技术适合用于诊断气体界面演化过程,为气体界面不稳定性实验研究提供了一种先进、精细的诊断技术。
无氧铜环颈缩区孔洞长大与局域化温升效应研究
桂毓林, 孙承纬, 张光升, 李强
2011, 25(2): 183-187 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.016
摘要:
利用金相显微镜,对电磁加载下无氧铜(M态TU1)环碎片的颈缩部位进行了金相分析,观察到了颈缩区孔洞长大、汇通及孔洞壁熔化现象。利用球形孔洞模型,分析了颈缩区孔洞长大条件,发现周向偏应力更适合于描述膨胀环颈缩区的孔洞长大。据此,讨论了颈缩区的局域化温升效应。研究结果为延性金属环膨胀颈缩失稳的细观机理研究提供参考。
缺陷对圆管膨胀断裂影响的实验研究
金山, 张世文, 龙建华
2011, 25(2): 188-192 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.017
摘要:
采用高速分幅摄影技术,通过对比实验,获得了清晰的无缺陷和预制缺陷金属圆管膨胀断裂的演化图像。实验结果表明,缺陷大大加速了圆管的断裂过程;有缺陷圆管的产物开始泄漏的时间比无缺陷圆管提前5.5 s,采用应力/应变集中法很好地解释了这种现象。另外,针对预制缺陷圆管膨胀断裂时出现的裂块较小而数量较多、无缺陷圆管膨胀断裂时裂块相对较大而数量较少的现象,采用Mott波理论进行了合理的解释。