2014年  28卷  第3期

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天然绿帘石原位高压同步辐射X射线衍射研究
范大伟, 许金贵, 魏舒怡, 陈志强, 谢鸿森
2014, 28(3): 257-261. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.001
摘要:
在金刚石压腔高压装置(DAC)上采用同步辐射角度色散X射线衍射技术,在室温、最高压力9.16 GPa条件下,对天然绿帘石进行了状态方程研究。在实验压力范围内,未观察到绿帘石发生相变。通过Birch-Murnaghan状态方程,对所获得的实验数据进行了状态方程拟合,获得了天然绿帘石的体弹模量值为116(7) GPa,体弹模量的压力导数值为7.8(8),若将体弹模量的压力导数值固定为4,获得绿帘石的体弹模量值为132(4) GPa。另外,绿帘石存在较为明显的轴向压缩各向异性:c轴方向压缩系数最大,b轴方向压缩系数最小,说明天然绿帘石在c轴方向更易于压缩,而b轴方向最抗压。
活塞圆筒装置压力盘样品组装的温度测定和热结构分析
夏莹, 丁兴, 宋茂双, 熊小林, 邵同宾, 李建峰, 郝锡荦
2014, 28(3): 262-272. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.002
摘要:
活塞圆筒是目前使用最广泛的固体介质高温高压装置,样品组装方式和组装件的材料类型决定了高压腔体内部的热结构特征。在0.5、1.0、1.5 GPa压力下、800~1 400 ℃范围内,采用改进的双热电偶法、尖晶石反应测温法对QUICKpress型活塞圆筒的13 mm压力盘的样品组装进行了温度测定,通过获得的实验数据并结合傅里叶热传导模拟结果进行了热结构分析。实验结果表明:(1)热峰位置均位于有效石墨炉中心以下,即靠近钢塞一侧,20 ℃温差范围的热点区轴向分布区域大小介于2.8~5.2 mm,其热梯度为7.7~13.0 ℃/mm,而非热点区热梯度为42~83 ℃/mm;(2)随着温度或压力升高,热峰倾向于朝有效石墨炉中心靠拢,同时伴随着炉内热梯度增大和热点区变小,温度的影响更为显著。还对活塞圆筒压力组装的热结构的影响因素及相关问题进行了探讨。
高温高压下MgSiO3熔体结构的第一性原理分子动力学研究
邓莉, 刘红, 田华, 杜建国, 刘雷
2014, 28(3): 273-282. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.003
摘要:
基于第一性原理分子动力学方法,计算了MgSiO3熔体在0~144 GPa、2 000~6 000 K的微观结构及其随压力、温度的变化特征。计算的近零压2 000 K下O—Si、O—Mg和O—O对分布函数的第一峰值位置分别为0.163 5、0.197 0和0.269 5 nm,与实验结果吻合很好。随着压力和温度的变化,MgSiO3熔体结构发生了显著变化,尤其是随着压力增加,结构变得更致密;当密度为4.59 g/cm3时,原子间的平均键长随温度(小于5 000 K)增加而减小,在常压和更高的压力下,原子间的平均键长随温度变化不明显。在133 GPa、4 000 K条件下,MgSiO3熔体的O—Si、O—Mg和O—O平均键长分别为0.161 0、0.183 5和0.230 0 nm;从地表常压到核幔边界压力,平均Si—O配位数从4变到6,桥氧数目比例由31.3%增高到72.9%。MgSiO3熔体微观结构的认识对了解地幔内硅酸盐流体性质及其对地幔动力学的影响有重要意义。
基于晶体三维点阵热振动物理力学分析的Mie-Grüneisen状态方程
李晓杰, 闫鸿浩, 王小红, 王宇新, 孙明
2014, 28(3): 283-292. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.004
摘要:
根据晶体结构建立了三维定容热振动的微观物理力学模型,由力学方程推导出了点阵热振动能量与外力的微观热振动的力学关系。在微观热振动关系中引入宏观统计物理量,直接从物理力学模型得到了Mie-Grüneisen固体状态方程和Grüneisen系数的表达式。根据晶体结构中的原子排列规律,对简单立方、面心立方、体心立方、金刚石立方晶体和理想密排六方晶体的Grüneisen系数的表达式进行了证明。结果表明,这些对称性晶体结构的Grüneisen系数与冷压具有统一的微分关系,与晶体结构无关。
四参数普适物态方程
陈俊祥, 金柯, 吴强
2014, 28(3): 293-299. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.005
摘要:
多种材料的拉格朗日体模量都符合对压强展开到二阶项的关系。以此为基础,建立了一种四参数物态方程,比三参数物态方程适用压力宽、拟合精度高、外推性能好。方程参数关联一、二、三阶导数,根据Hugoniot方程与等熵方程的导数关系,可以检验动高压与静高压实验数据是否相互适合。方程以统一形式表述冲击、等熵和等温压缩状态,适用于多种材料、全压力区,是一种普适物态方程。公式简单、运算方便,克服了传统的四参数物态方程结构复杂、公式冗长以及参数间高度关联而失去实用意义的缺陷。
碎片云问题的三维欧拉数值模拟
王言金, 刘军, 冯其京, 王政, 郝鹏程
2014, 28(3): 300-306. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.006
摘要:
针对材料超高速碰撞产生碎片云问题进行了多介质弹塑性流体力学欧拉方法数值模拟,介绍了所采用的数学模型、材料模型及相应的计算方法,模拟了铝球超高速碰撞铝板和斜铜柱高速撞击铝板形成碎片云的实验现象。进行了不同碰撞速度下模拟的碎片云形状和实验结果比较,利用经验公式对数值模拟的板靶开孔尺寸进行了分析。数值结果与实验结果、经验公式结果比较,说明多介质弹塑性流体力学欧拉方法能够较好地模拟超高速碰撞产生的碎片云问题,验证了数值方法的有效性。
高时空分辨线成像VISAR在爆轰波物理中的应用
刘寿先, 李泽仁, 陈光华, 刘俊, 田建华, 蒙建华, 彭其先, 袁树云
2014, 28(3): 307-312. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.007
摘要:
为弥补离散多点激光干涉测速技术空间分辨力弱、系统复杂和成本高的缺点,研制了一套适用于爆轰波物理诊断的高时空分辨的线成像VISAR,其响应时间小于400 ps,在约12 mm线视场时空间分辨小于100 μm。将该仪器应用到空腔驱动平面靶、空腔驱动台阶靶、接触爆轰驱动双样品靶和接触爆轰驱动楔形复合靶的爆轰实验诊断中,实验结果体现了线成像VISAR超高的连续空间分辨能力。线成像VISAR技术将能为爆轰波物理领域中的某些特殊测速需求提供技术支持。
水下等离子体声源的聚束特性研究
刘小龙, 黄建国, 张群飞
2014, 28(3): 313-318. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.008
摘要:
分析水下等离子体声源的反射聚束特性,对研究和应用水下定向辐射技术具有重要的指导意义。对不同曲面障板的反射规律做了分析,利用Euler方程建立了水下等离子体声源的聚束声场分布模型,利用迎风型WENO格式对方程进行求解,仿真计算了两种曲面障板的聚束过程和声场分布特性,并设计相关实验对仿真结果进行了验证。研究结果表明,仿真结果与实验测量结果基本吻合,得到的声场云图较为直观地反映了声源的反射聚束特性,证明了仿真模型的有效性,为进一步研究水下定向辐射技术、提高声源级奠定了基础。
乳化炸药爆轰合成纳米氧化铈及表征
韩志伟, 解立峰, 邓吉平, 倪欧琪, 解一超, 陈际洋
2014, 28(3): 319-323. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.009
摘要:
为通过爆轰法合成纳米氧化铈,设计并制备了以Ce(NO3)3·6H2O为主要氧化剂的5种乳化炸药。综合考虑Ce(NO3)3含量对乳化炸药爆速的影响和纳米氧化铈的得率,筛选出适用于爆轰法制备纳米氧化铈的乳化炸药配方。通过在爆炸罐中起爆乳化炸药,制备得到了纳米氧化铈。利用X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)对样品进行表征。XRD测试结果表明,乳化炸药爆轰法合成的纳米氧化铈属于立方晶系,理论粒径为74 nm。TEM测试结果表明,合成的纳米氧化铈外观呈球形,具有较好的分散性和粒度均一性,平均粒径为70 nm。
水下爆炸载荷作用下水下目标结构的可靠性研究
李万, 张志华, 李华, 李大伟
2014, 28(3): 324-330. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.010
摘要:
为研究水下爆炸载荷作用下某水下目标结构的可靠性,通过开展多组试验获得了真实可靠的样本数据,进而分别利用多项式逐步回归和神经网络对样本数据进行拟合分析,获得结构响应变量和输入变量之间的近似解析表达式。然后利用蒙特卡洛模拟法得到结构响应的统计参数和分布函数,并对结构进行可靠性分析和计算,最后得到了爆炸点在平面内变化时结构的失效概率曲线,为工程结构的防护提供了参考。
周期性铜线密排结构的冲击压缩特性研究
龚芸芸, 卢纪, 谷卓伟, 宋振飞, 赵士操, 莫建军, 陶彦辉
2014, 28(3): 331-338. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.011
摘要:
对铜线密排结构材料开展了一维平面应变冲击压缩实验与数值模拟研究。利用激光位移干涉仪测量了样品/窗口界面速度剖面,获取了有效的结构冲击压缩实验数据。从样品界面速度曲线可以推断,密排结构冲击压缩时没有形成致密结构,在卸载过程中发生了分层。应用光滑粒子流体动力学方法(SPH)建立了平面铜线密排结构的三维计算模型,计算得到样品冲击加载下的压缩特性,实验和数值模拟得到的界面速度和压力结果吻合较好, 为后续开展柱面铜线密排结构的冲击压缩过程研究奠定了基础。
三级炮超高速发射技术研究进展
王青松, 王翔, 郝龙, 戴诚达, 柏劲松, 谭华
2014, 28(3): 339-345. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.012
摘要:
在二级轻气炮上利用阻抗梯度飞片的准等熵压缩特性开展了超高速发射实验研究。通过非汇聚型超高速发射装置将25 mm直径的铝合金飞片加速至11 km/s以上,汇聚型超高速发射装置能够将10 mm直径的钛合金飞片加速至15 km/s以上,三级炮超高速发射技术为开展空间碎片防护研究提供了有力的技术支撑。
L-R两步欧拉方法在铝材料微喷射中的应用
刘军, 王裴, 王言金
2014, 28(3): 346-352. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.013
摘要:
应用三维弹塑性流体力学Lagrangian-Remapping两步欧拉计算方法对铝材料微喷射现象进行了数值模拟研究。计算了Asay实验中表面刻有相同深度、不同夹角沟槽的金属铝微喷射模型,计算得到的微喷物总质量、最大射流速度和实验结果均符合较好。进一步展开了对相同深度、更大夹角范围沟槽微喷射的数值模拟。分析认为喷射最大速度随沟槽角度的增大呈线性下降趋势。同时给出了喷射系数随沟槽角度的变化的拟合关系曲线,看到由于材料强度及沟槽角度变化后造成的波系关系变化的影响,随着沟槽角度增加,喷射系数曲线呈明显非线性发展。
地面爆炸冲击波的相互作用
胡宏伟, 宋浦, 郭炜, 冯海云, 张立建
2014, 28(3): 353-357. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.014
摘要:
为了研究多点同步地面爆炸冲击波的相互作用,通过改变装药质量组合和布局,利用空中爆炸测量系统对2点和3点地面同步爆炸进行了试验研究,并利用冲击波与刚性壁面碰撞理论计算了2个冲击波相互作用的冲击波压力和冲量。结果表明:多个装药同步爆炸时,冲击波超压和冲量都显著增加,大大提高了装药爆炸威力。装药总质量相同时,炸药的组合数量越多,冲击波超压和冲量越高,不同布局的装药,冲击波超压和冲量的增加量也不同。冲击波与刚壁的碰撞模型可以用来近似计算2个同等强度冲击波的相互作用。
弹头部结构对侵彻层合靶的影响
董玉财, 杜忠华, 刘荣忠, 刘杰
2014, 28(3): 358-364. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.015
摘要:
对4种不同头部形状杆式侵彻体斜侵彻层合靶过程,进行了数值模拟和试验研究。从开坑过程中质量的侵蚀情况以及靶后动能的角度,对开坑及侵彻能力进行评估。通过研究不同结构侵彻体对靶板斜侵彻的影响,得出了侵彻体动能随时间的变化规律。仿真和实验结果表明,不同头部结构对开坑作用有影响,继而影响后续杆体的侵彻过程。还发现铝风帽穿甲块头部结构对倾斜的层合靶侵彻最为有利,并对该头部的侵彻优势进行了分析, 这将会对其它类似侵彻体头部结构优化提供一定的参考。
水射流对煤体冲击的有限元与光滑粒子耦合法数值模拟
齐娟, 穆朝民
2014, 28(3): 365-372. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.016
摘要:
采用光滑粒子与有限元耦合算法对高压水射流冲击煤体进行了数值模拟,建立了长为5 mm、半径为2 mm的圆柱形水体以不同速度冲击煤体的计算模型。根据计算结果,分析了煤体在高压水射流冲击下的损伤模式、煤体中的应力波传播形式、煤体在高压水射流作用下的临界破煤压力。
快速压致凝固聚乙烯结晶结构的研究
刘成刚, 邵春光, 张瑞静, 张阳, 张豆豆, 王明友, 曹伟, 李倩, 申长雨
2014, 28(3): 373-378. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.017
摘要:
利用快速增压、自然冷却和液氮淬冷3种方法对高密度聚乙烯(HDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)熔体进行处理,并对凝固样品的微观结构进行了研究。结果表明,由于不受导热系数的限制,快速增压法制备的样品不存在明显的皮芯结构,样品的结晶度分布较均一。和淬冷法相比较,快速增压法也可以有效地抑制聚合物的结晶,特别是对于分子链运动能力较差的高分子材料(LLDPE),抑制作用更明显。
JO-9159与JB-9014复合药柱爆轰驱动平面飞片实验与数值模拟
向梅, 黄毅民, 韩勇, 饶国宁, 彭金华
2014, 28(3): 379-384. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.018
摘要:
为了研究串联复合药柱(JO-9159/JB-9014)结构尺寸对能量输出的影响,采用有限元软件AUTODYN对标准平面飞片实验进行数值模拟,并进行了实验验证,结果表明,飞片速度实验值与计算值的相对误差为0.2%~3.0%,比动能相对误差为0.4%~6.0%,因此模型是可信的。利用该模型及材料物性参数,对不同高度比的串联复合装药结构进行数值计算,研究结构尺寸变化和复合装药能量释放的规律,得到高能炸药和钝感炸药尺寸比与飞片速度的指数关系公式。数值模拟研究表明, 随着高能炸药组成增加,爆轰驱动飞片的第1峰值速度和第2峰值速度越来越接近,而钝感炸药组成较大时,第1峰值速度较第2峰值速度较小,整个速度历史随着时间的推移有较大的跃升过程。