准等熵压缩实验中金属铝的热力学耗散分析

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准等熵压缩实验中金属铝的热力学耗散分析

张红平 , 李牧 , 阚明先 , 王刚华 , 种涛

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准等熵压缩实验中金属铝的热力学耗散分析

1.
中国工程物理研究院流体物理研究所，四川绵阳 621999

通讯作者: 张红平, zhp0506@163.com ;

基金项目: 国家自然科学基金(11102193,11172280,11176002)

Mechanical and Thermal Dissipation Analysis of Aluminum in Quasi-Isentropic Compression

1.
Institute of Fluid Physics, CAEP, Mianyang 621999, China

Corresponding author: ZHANG Hong-Ping, zhp0506@163.com ;

摘要: 为获取高压下材料的纯热力学压力-比容参考线和完全物态方程，减去应力-应变曲线中的其它信息，对准等熵压缩实验中由加载应变率引起的黏性耗散和热传导引起的热耗散做了分析讨论。基于反积分计算和流体动力学积分计算相结合的方法，根据激光加载（约108 s-1）和磁驱动准等熵压缩（约105 s-1）的实验数据，对材料声速、应力-应变曲线、温度和熵增等物理量进行计算，分析了不同应变率与该物理量的关系；还对热传导和SCG本构模型进行了计算，分析了热传导引起的温度变化对材料屈服强度、剪切模量和拉格朗日声速的影响。结果表明：激光加载实验中，应变率引起的温升差异约为180 K，熵增差异约为250 J/(kgK)，热传导导致温度下降40 K；磁驱动准等熵压缩应变率较低，引起的熵增变化小于8 J/(kgK)。
- 反积分 /
- 黏性力 /
- 应变率 /
- 热传导
Abstract: To study the pressure-specific volume (p-v) reference line and equation of state from the stress-strain curve of material at high pressure, the viscous dissipation due to loading strain rate and thermal dissipation due to irreversible heat conduction in quasi-isentropic compression experiment (ICE) were discussed and analyzed. A backward integration and forward integration method was used to analyze the data in laser driving and magnetic pressure driving ICE with different strain rates. For viscous dissipation, the sound speed, stress-strain curve, temperature and entropy production during loading were obtained, and the relations between high strain rate and these physical quantities were discussed. For thermal dissipation, through the calculation of the thermal conduction and SCG constitutive model, the variation of temperature and the corresponding yield strength, shear module and sound speed were presented. The results show that: in the laser driving ICE with a high strain rate of108 s-1), the temperature variation caused by high strain rate is about 180 K, and the entropy production due to heat conduction is about 250 J/(kgK); and in the magnetic pressure driving with a relatively low strain rate of105 s-1, the entropy production is less than 8 J/(kgK).
- backward integration method /
- viscous force /
- strain rate /
- thermal conduction

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准等熵压缩实验中金属铝的热力学耗散分析

通讯作者: 张红平, zhp0506@163.com;

1. 中国工程物理研究院流体物理研究所，四川绵阳 621999

收稿日期: 2013-08-30
录用日期: 2013-11-04
网络出版日期: 2015-06-15

基金项目: 国家自然科学基金(11102193,11172280,11176002)

关键词:

反积分 /
黏性力 /
应变率 /
热传导

摘要: 为获取高压下材料的纯热力学压力-比容参考线和完全物态方程，减去应力-应变曲线中的其它信息，对准等熵压缩实验中由加载应变率引起的黏性耗散和热传导引起的热耗散做了分析讨论。基于反积分计算和流体动力学积分计算相结合的方法，根据激光加载（约108 s-1）和磁驱动准等熵压缩（约105 s-1）的实验数据，对材料声速、应力-应变曲线、温度和熵增等物理量进行计算，分析了不同应变率与该物理量的关系；还对热传导和SCG本构模型进行了计算，分析了热传导引起的温度变化对材料屈服强度、剪切模量和拉格朗日声速的影响。结果表明：激光加载实验中，应变率引起的温升差异约为180 K，熵增差异约为250 J/(kgK)，热传导导致温度下降40 K；磁驱动准等熵压缩应变率较低，引起的熵增变化小于8 J/(kgK)。