当期目录

高压物理学报2019-3目录
2019, 33(3): 1-2.
摘要:
材料动态响应的多尺度数值模拟
含时密度泛函理论及应用的最新发展
覃睿
2019, 33(3): 030101. doi: 10.11858/gywlxb.20190747
摘要:
密度泛函理论在材料计算研究领域得到了广泛的应用,然而它无法处理含时问题和材料的激发态性质。Runge-Gross定理奠定了含时密度泛函理论的基础,为研究这两类问题提供了有效的手段。经过三十多年的发展,含时密度泛函已被应用到量子化学、材料计算等多个领域,人们也更加了解其优势和不足。目前,含时密度泛函理论和方法仍在迅速发展。本文简要回顾含时密度泛函方法的发展历史,介绍近年来含时密度泛函在理论和应用方面的一些重要进展,总结当前在含时密度泛函领域存在的重要难题以及面临的挑战,展望其发展方向和趋势。
复杂材料高压性质的计算与模拟:基于第一性原理方法的部分进展
耿华运, 孙毅, 向士凯
2019, 33(3): 030102. doi: 10.11858/gywlxb.20190710
摘要:
对基于第一性原理量子力学计算与模拟在复杂材料体系高压性质研究中的应用进行了简要回顾与综述,重点介绍了在合金、含缺陷材料以及电子强关联材料等复杂体系研究中的部分应用,并讨论了将量子力学原理与基于集团展开法、格子气模型、准模拟退火等物理模型相结合而发展出的一系列计算方法的优势与不足。本文所涵盖的内容仅仅是第一性原理计算方法从简单体系向复杂体系发展中的一小部分,但都具有一定的代表性,希望对发展更先进高效的具有预测能力的多尺度方法提供有益的参考。
分子动力学方法在金属材料动态响应研究中的应用
邓小良, 李博, 汤观晴, 祝文军
2019, 33(3): 030103. doi: 10.11858/gywlxb.20190750
摘要:
随着计算机技术和实验诊断技术的发展,分子动力学(MD)方法在冲击动力学领域发挥着越来越重要的作用。从MD方法的基本原理出发,介绍了积分算法、相互作用势、常用的数据处理方法,系统梳理了MD方法在冲击加载下金属材料的塑性变形、相变、动态损伤断裂(层裂)等研究的应用。其中:在冲击塑性方面,主要阐述单晶、双晶和多晶体系中的塑性变形机理,以及变形过程与微结构等的联系;在冲击相变方面,主要以金属铁为例,介绍耦合冲击相变与冲击塑性的MD计算模拟工作;在动态损伤断裂方面,主要阐述冲击加载下金属材料中孔洞动态演化及贯通、激光加载下材料的动态响应等工作。最后,对MD方法的未来应用进行了展望,以期为相关领域的研究提供参考。
高聚物黏结炸药的分子模拟进展
龙瑶, 陈军
2019, 33(3): 030104. doi: 10.11858/gywlxb.20190755
摘要:
回顾了近年来在高聚物黏结炸药(PBX)原子和分子尺度数值模拟方面取得的进展,主要研究领域包括以下6个方面:炸药分子力场、热力学参数计算、耗散/输运性能、相图/相变动力学、动力学响应行为和热点形成机制。针对当前研究现状,介绍了各领域的代表性工作和主要研究成果。目前对PBX炸药的结构和静力学性能已有较充分的认识,但对炸药的动力学响应行为和细观起爆机制尚缺少系统的科学认识,存在一系列挑战性问题,如结构缺陷在爆轰反应后期的形态和表征,以及初始缺陷对爆轰波波形畸变的影响机制。需要将理论计算与实验相结合,以解决爆轰物理领域中的难点问题。
相干衍射成像的相位复原及重建
康旭, 刘进
2019, 33(3): 030105. doi: 10.11858/gywlxb.20190761
摘要:
相干衍射成像是一种对材料体密度敏感的超高分辨成像技术。相较于传统表面敏感的超高分辨成像技术,相干衍射成像利用了硬X射线的强穿透能力,可以深入材料体内部进行成像,且成像分辨能力可以根据成像布局进行调整,最高达到原子级空间分辨能力。这种灵活的空间分辨调整依赖于相干衍射成像独特的相位复原技术,即通过对图像成像强度的过采样,利用含约束的迭代算法同时获得光场的强度及相位,进而对样品进行重建;同时结合图像定向及组合技术,相干衍射成像可以实现对样品的三维重建。本文主要从成像原理、复原算法和重建方法介绍相干衍射成像技术,并结合实验进展及模拟研究展示该技术在多种重建情形下具备的诊断能力,以期较为全面地给出相干衍射成像技术的发展趋势。
脆性材料动态断裂的介观格子模型
喻寅, 李媛媛, 贺红亮, 王文强
2019, 33(3): 030106. doi: 10.11858/gywlxb.20190707
摘要:
岩石、陶瓷、玻璃、固体炸药等脆性材料在爆炸与冲击施加的强动载荷作用下易发生迅速的裂纹扩展和灾难性的断裂破碎,造成材料、器件、装置的功能失效和事故危害。理解脆性断裂过程中介观裂纹网络演化与宏观动态响应的关联是提升脆性材料可靠性和安全性的关键,但同时也是计算建模与数值模拟研究面临的难点。为了解决爆炸与冲击加载下脆性材料中裂纹网络随机萌生、裂纹面挤压摩擦、大量裂纹交错扩展等复杂过程带来的算法困难,一种无网格/粒子方法—“格子模型”得到了持续的关注和长足的发展。本文综述了格子模型的原理和方法,介绍了运用格子模型开展脆性断裂研究的代表性成果,分析了格子模型存在的不足与改进的方向。
基于位错动力学方法的动态塑性变形研究
姚松林, 裴晓阳, 于继东, 俞宇颖, 柏劲松, 李平, 吴强
2019, 33(3): 030107. doi: 10.11858/gywlxb.20190727
摘要:
金属材料的动态塑性变形行为是一个多尺度的瞬变动力学过程,是物理学、力学以及材料科学等学科的交汇点,相关研究对工程应用具有重要的指导意义。动态载荷作用下,微观层面单个缺陷行为与介观层面缺陷群的集体演化行为交织在一起,导致金属材料呈现复杂的宏观力学现象。已有研究表明,金属材料的动态塑性变形与准静态变形存在显著差异,并且受到诸多内部及外部因素的影响。近几十年来,人们发展了位错动力学方法研究金属材料的动态塑性变形。但是由于动态变形问题的复杂性,对动态塑性变形的认识仍然存在不足。本文从计算方法和变形理论两个方面对该领域国内外发展历史及重要进展进行了回顾,以期为动态塑性变形研究提供有益的参考。
晶体塑性有限元在材料动态响应研究中的应用进展
郑松林
2019, 33(3): 030108. doi: 10.11858/gywlxb.20190725
摘要:
作为连续尺度上描述各向异性非均质材料弹塑性变形的重要模拟工具,晶体塑性有限元能够有效预测材料的宏观力学性能,在工程设计方面起着重要的作用。在实际工程应用中,许多晶体材料在高应力、高变形率、高温等极端条件下服役,此时各向异性非均匀的微介观结构演化是理解材料动态响应的关键,这给晶体塑性有限元带来了巨大的机遇和挑战。首先简要综述了晶体塑性有限元的原理和方法,然后着重介绍其在材料动态响应中的应用,最后展望其在材料动态响应模拟方面的发展方向。
相场断裂方法发展概况
张豪, 于继东, 裴晓阳, 彭辉, 李平, 蔡灵仓, 汤铁钢
2019, 33(3): 030109. doi: 10.11858/gywlxb.20190777
摘要:
相场断裂方法自21世纪初开始发展以来,一直备受关注,在裂纹扩展模拟方面表现出了一定的特点,取得了一定的研究成果。本文分析了相场断裂方法较其他断裂模拟方法的优势,简单介绍了相场断裂方法的发展现状和发展趋势:目前脆性断裂相场方法已较为成熟,能够模拟诸多脆性断裂中的经典问题,在此基础上正在朝着解决多场耦合情况下的断裂问题发展,且也取得了一定的研究成果。最后,简单介绍了延性断裂相场方法的发展现状,提出在该方向进行深入研究的展望。
微喷射现象数值模拟研究进展概述
邵建立, 何安民, 王裴
2019, 33(3): 030110. doi: 10.11858/gywlxb.20190786
摘要:
对微喷射现象的国内外数值模拟研究进行了简要梳理与总结。首先,对微喷射现象特征及其物理内涵进行了解读,然后分别从分子动力学和连续介质力学层次,概述了微射流和微层裂两种主要物质喷射机制的数值模拟研究进展,最后归纳了微喷射现象数值模拟研究仍存在的一些难点问题。希望能为微喷射及相关领域的数值模拟与建模研究提供有益参考。
多孔材料温压状态方程计算简要评述
陈俊祥, 耿华运
2019, 33(3): 030111. doi: 10.11858/gywlxb.20190767
摘要:
多孔材料是一种重要的结构和功能材料,在过滤、催化、屏蔽和冲击防护等重要工程领域具有广泛的应用。多孔材料的物理力学行为极其复杂,虽然经过多年研究,但是仍未完全理解其在极端条件下的响应行为。以冲击加载下多孔材料的压力和温度变化特点为例,对目前常用的几种具有代表性的以密实材料Hugoniot为参照线的多孔材料物态方程模型进行深入分析,并对多种模型的优劣进行比较,在此基础上提出了一种分段处理多孔材料冲击波数据的方法。以多孔Cu为例,展示了该方法的有效性。这种方法将为发展更为精细严格的多孔材料状态方程理论提供有益的参考。
铝弹丸超高速撞击防护结构的研究进展
林健宇, 罗斌强, 徐名扬, 宋卫东, 柏劲松, 裴晓阳, 于继东, 李平
2019, 33(3): 030112. doi: 10.11858/gywlxb.20190774
摘要:
以空间碎片防护为背景,回顾了超高速铝弹丸正撞击单层和双层铝合金防护结构的研究进展,讨论了目前针对超高速撞击的弹丸发射技术和数值模拟方法(如Euler方法、无网格方法等)的优缺点。数值模拟不仅建立在离散方法上,还需要提供准确的材料本构模型和状态方程。介绍了常用材料模型(包括Johnson-Cook、Steinberg-Guinan模型)和状态方程(包括Tillotson、ANEOS、SESAME、GRAY三相状态方程)。基于实验和数值模拟,目前对7 km/s以下的超高速撞击物理过程已经认识得比较清楚。对单层板,重点讨论了板的穿孔特征和孔径模型;对双层板,除了前板的穿孔外,还讨论了碎片云的分布特征、材料相变、碎片云的相态分布、弹丸形状的影响、碎片云的散布模型以及碎片云对后板造成的破坏特征。最后介绍了工程防护中较为重要的防护结构的弹道极限方程。单层板和双层板的弹道极限方程研究近年来取得了较大进展。本文回顾了国内外常用的弹道极限方程以及近年来新提出的理论模型和基于人工神经网络的模型等。