2013年  27卷  第1期

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研究论文
基于集成技术的金刚石对顶砧原位电学量测量
高春晓
2013, 27(1): 1-18. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.001
摘要:
金刚石对顶砧是应用最多的高压装置,能够产生超过400 GPa的超高压力,借助激光加温,还可以加载6 000 K的高温。近20年来,基于金刚石对顶砧的微小测量电路集成技术的突破,带动了高压原位电学量测量技术的发展,使常压下能够测量的电学量大部分都能在金刚石对顶砧中的高压环境下实现。全面回顾了基于集成技术的金刚石对顶砧高压原位电学量测量技术的发展历程,介绍了最新的技术进展。
3 GPa熔融盐固体介质三轴高温压力容器的轴压摩擦力标定
刘照星, 周永胜, 刘贵, 何昌荣, 钟柯, 姚文明, 韩亮, 党嘉祥
2013, 27(1): 19-28. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.002
摘要:
在温度标定和围压标定的基础上,采用轴压循环方法,对3 GPa固体介质三轴高温高压实验系统的轴压摩擦力进行了标定,分析了围压、温度、轴向位移速率、装样方式(盐套类型)等实验条件对轴压摩擦力的影响。结果表明:静摩擦力、挤压摩擦力和滑动摩擦力3种轴压摩擦力对轴向应力的影响不同,其中静摩擦力和挤压摩擦力对轴向应力的影响很小,影响应力精度的主要是滑动摩擦力。静摩擦力及滑动摩擦力与围压正相关;静摩擦力与轴向位移速率正相关,但受其影响较小,滑动摩擦力不受其影响;静摩擦力和滑动摩擦力与温度负相关,并且受其影响较显著;盐套类型对轴压摩擦力的影响较大,当实验条件接近盐套熔点时,轴压摩擦力显著降低,当样品周围的盐套处于熔融状态时,轴压摩擦力最小。基于此,确定了标定轴压摩擦力的具体步骤,并对角闪岩的应力-应变曲线进行了轴压摩擦力标定。对比轴压摩擦力校正前、后的应力-应变曲线发现,经过轴压摩擦力校正的应力-应变曲线能更好地反映样品的实际变形情况。
压力对纳米CoFe2O4/SiO2复合材料结构的影响
李季, 王丽, 贾晓鹏, 李海波
2013, 27(1): 29-33. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.003
摘要:
采用溶胶-凝胶工艺和高温高压实验技术,制备了纳米CoFe2O4/SiO2复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和振动样品磁强计,对样品的结构、微观形貌和磁性进行了研究,并对CoFe2O4中阳离子的占位情况进行了讨论。结果表明,随着处理压力的升高,样品的晶粒尺寸增大,晶格常数减小,比饱和磁化强度增大。通过计算结果可以推断,压力的升高导致CoFe2O4中的部分Fe3+从A位移向了B位,而部分Co2+则从B位移向了A位。
42 mm腔体高岭石-白云石质传压密封介质金刚石合成扩大试验
杨炳飞, 刘杰
2013, 27(1): 34-39. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.004
摘要:
高岭石具有良好的流动密封、固体传压及机械加工等物理性能,是传统传压密封介质原料叶蜡石的替代品。采用比纯高岭石更适合作为传压密封介质原料的某地高岭石矿物,经过配料、混料、装模、压制成型以及焙烧等工序,制成了高岭石-白云石质传压密封介质,并对其进行金刚石合成扩大试验。试验结果表明:高岭石-白云石质传压密封介质能够达到与叶蜡石质传压密封介质相当的效果;合成金刚石的单产为19 g,抗压强度不小于160 N的晶粒占32%,晶粒尺寸大于或等于0.30 mm的占82%,合成1 g金刚石的顶锤消耗小于0.5 g,合成过程稳定。
包覆式爆炸成型复合侵彻体成型规律研究
王树有, 门建兵, 蒋建伟
2013, 27(1): 40-44. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.005
摘要:
包覆式爆炸成型复合侵彻体是通过炸药爆炸驱动金属药型罩包覆内核活性材料而形成的一种新型高效毁伤元。为了设计带包覆物的小长径比聚能装药结构,采用AUTODYN非线性动力学分析软件,分析了主要结构参数对包覆效果的影响规律,得到了能够实现复合侵彻体爆炸包覆的较优结构。通过脉冲X光拍摄了具有较优结构的复合侵彻体成型过程,试验结果与仿真结果符合较好,验证了仿真计算的可信性。
氢化镁储氢型乳化炸药的爆炸特性研究
程扬帆, 马宏昊, 沈兆武
2013, 27(1): 45-50. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.006
摘要:
通过理论计算和水下爆炸实验,初步研究了MgH2敏化储氢型乳化炸药的爆炸特性和爆轰反应机理。结果表明:与玻璃微球敏化的乳化炸药相比,MgH2敏化的乳化炸药水下爆炸的冲击波超压、比冲量、比冲击波能、比气泡能及水下爆炸比总能量显著增加,其中冲击波超压和水下爆炸总能量分别增加了20.5%和31.0%。MgH2储氢型乳化炸药的爆轰机理与玻璃微球敏化乳化炸药不同,MgH2在乳化炸药中起到了敏化剂和含能材料的双重作用,即MgH2在乳化基质中水解产生均匀分布的氢气泡,起到了敏化作用,同时氢气参与爆炸反应,提高了炸药的爆炸能量和做功能力。
氮掺杂TiO2的冲击合成及可见光催化活性研究
刘建军, 张红玲, 陈鹏万, 高翔, 崔乃夫
2013, 27(1): 51-56. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.007
摘要:
冲击相变及冲击诱导化学反应可导致材料的物理、化学性能发生显著改变。采用炸药爆轰驱动飞片高速碰撞产生冲击波的方法,对富氮掺杂物双氰胺(C2N4H4)与P25 TiO2或偏钛酸(H2TiO3)的粉末混合物进行冲击加载,对回收产物进行X射线粉末衍射、透射电子显微镜、X光电子能谱、比表面积及紫外-可见漫反射光谱表征,通过亚甲基蓝和罗丹明B评价了回收产物的可见光催化降解活性。结果表明:以P25 TiO2为原料的冲击氮掺杂浓度可达8.88%,掺杂样品具有明显的可见光吸收,能带宽度减小到1.75 eV,样品中形成了少量Srilankite高压相;而以偏钛酸为原料的冲击氮掺杂浓度为3%~4%,能带宽度变化较小,但是由于其独特的冲击脱水膨胀机理,比表面积剧增。冲击氮掺杂样品对亚甲基蓝和罗丹明B染料有较好的吸附和可见光催化降解作用,其中高飞片速度处理的样品有更高的光催化降解活性。
高温SHPB冲击实验技术及其应用
许金余, 刘健, 范飞林, 任韦波, 席阳阳, 杨坤
2013, 27(1): 57-62. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.008
摘要:
为研究高温下材料的动态力学性能,研制了一套适用于分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)高温冲击实验的温控系统。利用该温控系统和100 mm常规SHPB装置,对混凝土在高温下的动态力学性能进行了实验研究,实验温度分别为20、200、400、600、800和1 000 ℃。结果表明:由管式实时加热装置和箱式预加热炉组成的温控系统操作方便,实验效率高,试件组装方法简便可行;热传导导致的试件温度分布不均匀和压杆局部温升对实验结果产生的影响可以忽略,实验技术可靠;高温下混凝土动态力学性能的温度效应十分明显,相同冲击速率下,随温度升高,平均应变率逐渐增大,动态应力-应变曲线逐渐表现出塑性特性,动态抗压强度随温度升高先增大后减小,动态峰值应变随温度升高不断增大。
深水域近水面水下爆炸水柱形态及演变实验研究
李梅, 魏继锋, 王树山, 马峰
2013, 27(1): 63-68. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.009
摘要:
为研究不同起爆深度的水下爆炸水柱形态及演变特征,进行了1 kg球形RDX装药在不同起爆深度下的海上爆炸实验,通过高速摄像机记录装药起爆后水柱的形成和成长过程,获得了喷射水柱形态的演变特征以及水柱高度、直径、水柱突出水面时间等参数的变化规律,并与Cole、Hole和Swisdak等人的研究结果进行对比分析。研究结果表明:对于深水域近水面水下爆炸,水柱以垂直喷射形态为主,当气泡在膨胀阶段到达水面时水柱存在微弱的径向飞散现象;水柱最大高度随起爆深度呈脉动变化,水柱直径随起爆深度线性减小;Swisdak关于水柱最大高度的计算公式不适用深水域近水面水下爆炸情况。
陶瓷纤维对普通硅酸盐混凝土的强韧化效应
苏灏扬, 许金余, 高志刚, 李志武, 杨坤
2013, 27(1): 69-75. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.010
摘要:
采用液压试验机和100 mm分离式霍普金森压杆实验装置,研究了体积分数为0.1%、0.2%和0.3%的陶瓷纤维混凝土的准静态和动态力学性能,分析了陶瓷纤维的增强机理,并将其与相同纤维体积分数的碳纤维混凝土进行对比。结果表明:陶瓷纤维改善了普通硅酸盐混凝土的准静态力学性能;纤维体积分数为0.3%时,抗压强度提高15.0%,劈裂抗拉强度提高8.5%,抗折强度提高12.7%。冲击荷载作用下,陶瓷纤维混凝土的动态抗压强度和比能量吸收随平均应变率的增加近似线性增长;体积分数为0.2%时,陶瓷纤维的增强、增韧效果最佳。陶瓷纤维对普通硅酸盐混凝土的增强、增韧效果总体上优于碳纤维。
炸药条加载圆柱壳的数值模拟(Ⅱ):解耦分析与实验验证
毛勇建, 李玉龙, 陈颖, 邓宏见, 黄海莹, 周擎, 黄含军
2013, 27(1): 76-82. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.011
摘要:
根据已报道的二维流固耦合数值模拟结果,建立了经缓冲橡胶整形后的单炸药条载荷模型。将炸药条载荷叠加后直接施加在圆柱壳表面,进行二维解耦模拟,得到了与流固耦合模拟基本吻合的应力结果。在此基础上,对19条炸药条加载265 mm380 mm圆柱壳进行了三维解耦模拟,并采用相同状态的实验予以验证。结果表明,特征点应变响应吻合较好,验证了炸药条加载圆柱壳解耦数值模拟的有效性,为大量工况数值分析、提高建模和计算效率奠定了基础。
多点起爆下药型罩表面压力分布规律研究
赵长啸, 龙源, 纪冲, 李裕春, 谢全民, 路亮
2013, 27(1): 83-89. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.012
摘要:
为了掌握多点起爆下药型罩表面压力的分布规律以及起爆点参数对压力分布的影响,运用LS-DYNA 3D有限元软件,对多点起爆时爆轰波相互碰撞并作用于药型罩的过程进行数值仿真研究。仿真结果与实验结果吻合较好。研究结果表明:多点起爆时,爆轰波在起爆点的对称平面处发生碰撞,碰撞位置出现超压现象,导致作用于药型罩表面的爆轰载荷分布不均匀,爆轰波碰撞区域的压力高于非碰撞区域;随着起爆点间距的增大,爆轰波作用于药型罩顶部的压力逐渐增大,而边缘部位的压力则逐渐减小,当间距为50 mm时压力发生突降,即起爆点间距存在上限值;随着起爆点数的增加,药型罩表面微元的压力逐渐增大,但增加幅度逐渐减小,压力的总体分布规律相似。研究结果为带尾翼爆炸成形弹丸战斗部中起爆点参数等关键技术设计提供了理论依据。
激波作用下SF6气泡界面演化和射流发展的数值模拟
邹立勇, 刘仓理, 庞勇, 罗喜胜, 柏劲松, 杨基明
2013, 27(1): 90-98. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.013
摘要:
数值研究了平面激波冲击氮气环境中SF6气泡界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性,重点关注其中的激波聚焦及射流的产生和发展过程。在入射激波马赫数为1.23的情况下,给出了压力、密度、数值纹影和涡量等物理量的演化图像,定量分析了流场中压力最大值、密度最大值、射流速度、环量和斜压力矩随时间的变化关系。计算结果表明,平面激波冲击SF6气泡过程有很强的聚能效应,在气泡内部靠近下游极点处发生激波近似理想聚焦和点爆炸现象,直接导致出现二次波系以及向下游运动的细长射流结构。相比入射激波,二次波系产生斜压力矩和涡量的能力要弱得多。
表面状态对强流脉冲电子束辐照诱发金属表面熔坑的影响
王晓彤, 彭冬晋, 邹阳, 万明珍, 蔡杰, 关庆丰
2013, 27(1): 99-104. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.014
摘要:
为了考察材料晶体学特性对表面熔坑形成机制的影响,利用强流脉冲电子束(HCPEB)对喷丸前、后的304奥氏体不锈钢进行表面辐照处理,对HCPEB诱发的表面熔坑形貌进行了详细的表征。实验结果表明,HCPEB辐照后样品表面形成了大量的火山状熔坑,熔坑数密度和熔坑尺寸随电子束能量的增加而减小,材料表面的杂质或夹杂物容易成为熔坑的核心,并在熔坑形成的喷发过程中被清除,起到净化表面的作用。此外,喷丸前、后样品表面熔坑数密度遵循相似的分布规律,喷丸处理使熔坑数密度显著增大,表明材料的晶体学特性对表面熔坑形成有重要的影响,晶界、位错等结构缺陷是熔坑形核的择优位置。
超高速撞击Kevlar纤维布填充防护结构研究
张宝玺, 哈跃, 邓云飞, 庞宝君
2013, 27(1): 105-112. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.015
摘要:
利用二级轻气炮,对Kevlar纤维布填充Whipple防护结构进行了超高速撞击实验研究。基于Nextel/Kevlar撞击极限曲线,分析了单层及双层Kevlar纤维布填充防护结构的防护性能以及填充材料、舱壁的损伤情况。实验表明,Kevlar纤维布填充Whipple防护结构在低速区具有优良的防护性能。分层布局可改善Kevlar纤维布填充Whipple防护结构在低速区的防护性能。在低速区,Kevlar纤维丝主要依靠大量的塑性变形及断裂吸收弹丸的动能;在高速区,Kevlar纤维丝存在高温熔化及碳化现象,使弹丸破碎或熔化为更小的碎片或熔球,从而减轻对舱壁的损伤。
超高速碰撞2024-T4铝靶产生的等离子体对逻辑芯片的干扰
唐恩凌, 张庆明, 王猛, 相升海, 张薇, 杨明海, 李乐新, 于辉, 罗荣梅, 赵新颖
2013, 27(1): 113-118. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.016
摘要:
为了掌握超高速碰撞产生等离子体对航天器上常用典型逻辑芯片产生的干扰,利用自主设计的朗缪尔三探针诊断系统,进行了弹丸(入射速度为6.10 km/s,入射角度为30)超高速碰撞2024-T4铝产生等离子体的特征参量诊断,测量了给定位置和方位角处等离子体的电子密度,利用数据采集系统对实验给定位置和方位角处逻辑芯片的干扰情况进行了评价。实验结果表明,超高速碰撞产生的等离子体对航天器上常用的逻辑芯片将产生严重干扰。
特殊炸药的爆轰参数计算
王小红, 李晓杰, 李瑞勇, 闫鸿浩
2013, 27(1): 119-124. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.017
摘要:
针对BKW(Becker-Kistiakowsky-Wilson)状态方程,编写了爆炸参数计算程序。该程序除了可以计算常规含C、H、O、N元素炸药的爆轰参数,还能计算含有其它金属元素炸药的爆轰参数。通过对含Fe、Mn元素的乳化炸药以及含Al元素的水胶炸药的爆轰参数计算表明,该计算程序得到的计算结果与实验结果基本一致,相对误差不超过1%。采用该程序计算爆轰参数时,只需输入炸药的化学式、常温常压密度和生成焓即可。
几种典型烟火药剂的动摩擦系数测算
姜夕博, 郭耸, 冯淞, 彭金华
2013, 27(1): 125-131. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.018
摘要:
摩擦作用对烟火药剂的生产以及使用过程的安全性至关重要,而动摩擦系数是定量研究烟火药剂摩擦做功能力的关键参数。基于MGY-1型摆式摩擦仪的物理模型,结合数值计算方法,得到了测算动摩擦系数的方法。利用该方法测算了硝酸钾、镁铝合金粉及硫磺3种常用烟火药剂单质以及硝酸钾/镁铝合金粉及硝酸钾/硫磺两种混合物的动摩擦系数。结果表明:5种烟火药剂的动摩擦系数为一个范围值;在硝酸钾中加入镁铝合金粉和硫磺后,混合粉末的动摩擦系数较硝酸钾单质减小。从理论上对产生这两种现象的原因进行了分析。
180圆弧形钝感炸药的爆轰波传播
姜洋, 李蕾, 王涛, 钟敏, 李平, 柏劲松
2013, 27(1): 132-136. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.019
摘要:
采用贴体坐标下与Level Set方法相结合的爆轰冲击波动力学(DSD)计算方法,研究了180圆弧形钝感炸药中非理想爆轰波的传播过程。通过数值模拟计算和实验测量的对比分析,得到了180圆弧形炸药中爆轰波传播的一些规律:圆弧形钝感炸药可以实现定常爆轰,即在极坐标中整个爆轰波以固定角速度转动。这种定常阵面的形状和角速度与圆弧的外半径无关,定常体系依赖于圆弧形炸药的内半径和覆盖圆弧的外壳物质。对描述圆弧形炸药中爆轰波传播规律的经验公式进行了研究,结果表明这些经验公式能够准确描述爆轰波速度的变化,在实验测量和预估方面具有一定的参考价值。
超高压处理的草莓果肉饮料在贮藏过程中的品质变化
许文文, 曹霞敏, 刘凤霞, 廖小军
2013, 27(1): 137-146. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.020
摘要:
采用超高压处理(压力600 MPa、保压时间4 min)方法,实验研究了在4 ℃下储藏7个月时草莓果肉饮料的微生物及主要品质的变化。结果表明:草莓果肉饮料在7个月贮藏期内没有细菌、霉菌或酵母检出,仅从微生物角度看,超高压处理有效地延长了货架期;贮藏过程中草莓果肉饮料中的颜色逐渐变暗,可溶性固形物、pH值、可滴定酸有波动,但变化不显著(P0.05),总酚、维生素C及花青素含量均逐渐减少,DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)自由基清除能力及铁离子还原能力逐渐减弱;贮藏过程中草莓果肉饮料挥发性香气成分的种类和含量均发生明显变化,其中酯类成分显著降低,芳樟醇和反式-橙花叔醇随储藏时间的延长而显著增加。
温压结合超高压处理对芽孢杀灭作用的研究进展
章中, 胡小松, 廖小军, 张燕
2013, 27(1): 147-152. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.021
摘要:
详细介绍了温压结合超高压杀菌技术的优点,指出其独特的应用优势,深入完整地综述了温压结合超高压处理对各类细菌芽孢的杀灭作用及动力学研究成果,并对温压结合超高压处理杀灭芽孢的机理做了初步总结。在此基础上,分析了该研究领域尚存在的问题,提出了未来的研究重点和方向。