优先发表

优先发表栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前处在编校过程,尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。
显示方式:
聚合物在冲击荷载下的物性及“相变”实验研究进展
叶世佳, 郝龙, 王玉锋, 李守瑞, 耿华运, 李俊
, doi: 10.11858/gywlxb.20230787
摘要:

聚合物被广泛应用于国防和国民经济的各个领域,在服役过程中,不可避免地暴露于高温高压等极端环境,因此,有必要研究其在冲击荷载下的物性及“相变”问题。聚合物具有独特的分子链结构,表现出异于金属等大多数材料的性能。聚合物的雨贡纽曲线低压外推的截距明显高于零压体波声速,且低压下的波剖面呈现带弧形的波系结构。在20~30 GPa压力范围,其雨贡纽曲线存在明显的转折,说明材料在冲击下发生了“相变”。首先,对该“相变”反映的化学分解和晶格结构转变进行了解释,并对其中蕴含的“相变”动力学问题进行了研究。然后,简单介绍了基于化学分解的物态方程的建模方法。最后,对聚合物在冲击荷载下的物性和“相变”研究提出了展望。

聚合物被广泛应用于国防和国民经济的各个领域,在服役过程中,不可避免地暴露于高温高压等极端环境,因此,有必要研究其在冲击荷载下的物性及“相变”问题。聚合物具有独特的分子链结构,表现出异于金属等大多数材料的性能。聚合物的雨贡纽曲线低压外推的截距明显高于零压体波声速,且低压下的波剖面呈现带弧形的波系结构。在20~30 GPa压力范围,其雨贡纽曲线存在明显的转折,说明材料在冲击下发生了“相变”。首先,对该“相变”反映的化学分解和晶格结构转变进行了解释,并对其中蕴含的“相变”动力学问题进行了研究。然后,简单介绍了基于化学分解的物态方程的建模方法。最后,对聚合物在冲击荷载下的物性和“相变”研究提出了展望。

高压下硝酸肼结构演化的中远红外光谱和第一性原理计算研究
曾阳阳, 朱刚贝, 王文涛, 白莎, 郑朝阳, 于国洋, 杨延强
, doi: 10.11858/gywlxb.20230804
摘要:

对于含能材料,6 THz(200 cm−1)以内的晶格振动模式对外部压力变化引起的结构变化非常敏感,因此,中远红外振动光谱可作为研究含能材料高压相变的有力手段。利用基于空气等离子体产生的中远红外超宽带光谱技术,结合金刚石对顶砧,获得了含能材料硝酸肼的高压振动光谱。同时,采用第一性原理方法,计算了硝酸肼的晶体结构和红外光谱,在此基础上对分子间的相互作用进行了分析。综合实验和计算结果,揭示了压力作用下分子间氢键和范德瓦尔斯相互作用对材料中分子结构和堆垛变化的影响,获得了硝酸肼的相变过程。

对于含能材料,6 THz(200 cm−1)以内的晶格振动模式对外部压力变化引起的结构变化非常敏感,因此,中远红外振动光谱可作为研究含能材料高压相变的有力手段。利用基于空气等离子体产生的中远红外超宽带光谱技术,结合金刚石对顶砧,获得了含能材料硝酸肼的高压振动光谱。同时,采用第一性原理方法,计算了硝酸肼的晶体结构和红外光谱,在此基础上对分子间的相互作用进行了分析。综合实验和计算结果,揭示了压力作用下分子间氢键和范德瓦尔斯相互作用对材料中分子结构和堆垛变化的影响,获得了硝酸肼的相变过程。

高压下面心立方CeH9和CeH10动力学性质的第一性原理研究
王晓雪, 丁雨晴, 王晖
, doi: 10.11858/gywlxb.20230771
摘要:

高压下的稀土金属超氢化物因具有高温超导电性而受到广泛关注。由于实验只能部分地确定超氢化物中稀土金属原子的晶格结构,因此,第一性原理计算成为全面理解其结构与物性的重要方法。基于第一性原理计算,对氢含量不同但Ce晶格结构相同的面心立方CeH9和CeH10的弹性、晶格动力学、质子动力学性质进行了对比研究,发现低氢含量有利于面心立方超氢化铈的弹性和声子稳定向低压拓展。在100~140 GPa压强区间,室温下CeH9和CeH10不具有显著的质子扩散,但1500 K时全面转变为超离子态,扩散系数分别为1.6×10−4~1.2×10−4 cm2/s和1.9×10−4~1.5×10−4 cm2/s;扩散系数与温度、氢含量正相关,但与压强负相关。所获得的压强、温度及氢含量对超氢化铈结构与动力学性质的影响规律可为其他超氢化物研究提供参考。

高压下的稀土金属超氢化物因具有高温超导电性而受到广泛关注。由于实验只能部分地确定超氢化物中稀土金属原子的晶格结构,因此,第一性原理计算成为全面理解其结构与物性的重要方法。基于第一性原理计算,对氢含量不同但Ce晶格结构相同的面心立方CeH9和CeH10的弹性、晶格动力学、质子动力学性质进行了对比研究,发现低氢含量有利于面心立方超氢化铈的弹性和声子稳定向低压拓展。在100~140 GPa压强区间,室温下CeH9和CeH10不具有显著的质子扩散,但1500 K时全面转变为超离子态,扩散系数分别为1.6×10−4~1.2×10−4 cm2/s和1.9×10−4~1.5×10−4 cm2/s;扩散系数与温度、氢含量正相关,但与压强负相关。所获得的压强、温度及氢含量对超氢化铈结构与动力学性质的影响规律可为其他超氢化物研究提供参考。

不同尺寸HMX基压装装药的烤燃特性
董泽霖, 屈可朋, 胡雪垚, 肖玮, 王奕鑫
, doi: 10.11858/gywlxb.20230757
摘要:

为了研究装药尺寸对压装装药烤燃特性的影响,针对HMX基压装装药,建立了压装装药烤燃过程的计算模型,利用Fluent软件对不同装药尺寸的烤燃样弹进行了数值模拟,计算了不同升温速率下装药尺寸对压装装药点火位置、响应温度和响应时间的影响规律。结果表明:在同一升温速率下,HMX基压装炸药装药长径比为1.0时,装药中心响应温度均为最高;装药长径比大于1.0时,装药中心点火温度均随长径比的增加而降低;当长径比增大到一定程度时,装药中心的响应温度趋于恒值。装药的点火位置由升温速率和装药尺寸共同决定,且装药端面与曲面的传热量之比与长径比的平方成反比。当升温缓慢或长径比较小时,装药的点火位置位于装药中心;当升温速率较高且长径比较大时,装药的点火位置逐渐远离装药中心。

为了研究装药尺寸对压装装药烤燃特性的影响,针对HMX基压装装药,建立了压装装药烤燃过程的计算模型,利用Fluent软件对不同装药尺寸的烤燃样弹进行了数值模拟,计算了不同升温速率下装药尺寸对压装装药点火位置、响应温度和响应时间的影响规律。结果表明:在同一升温速率下,HMX基压装炸药装药长径比为1.0时,装药中心响应温度均为最高;装药长径比大于1.0时,装药中心点火温度均随长径比的增加而降低;当长径比增大到一定程度时,装药中心的响应温度趋于恒值。装药的点火位置由升温速率和装药尺寸共同决定,且装药端面与曲面的传热量之比与长径比的平方成反比。当升温缓慢或长径比较小时,装药的点火位置位于装药中心;当升温速率较高且长径比较大时,装药的点火位置逐渐远离装药中心。

栓钉型弧形双钢板混凝土组合板的抗爆性能试验与数值分析
陈英杰, 罗成, 赵春风, 何凯城
, doi: 10.11858/gywlxb.20230752
摘要:

弧形双钢板混凝土组合结构由钢板、混凝土与连接件协同作用,具有更优异的抗震和抗爆性能,被应用于超高层结构、海洋平台和核电设施中。利用试验和数值分析方法研究了栓钉型弧形双钢板混凝土组合结构的破坏模式和损伤机理,参数化分析了爆炸距离、钢板厚度、拱高和栓钉间距对其抗爆性能的影响。结果表明:在爆炸荷载下,栓钉型弧形双钢板混凝土组合板整体表现良好,仍具有较高的承载能力。增加爆炸距离和钢板厚度能有效减小混凝土的损伤和组合板的跨中挠度;减小拱高,混凝土损伤区域从以压缩破坏为主逐渐转换为以拉伸破坏为主,混凝土损伤更严重,组合板跨中挠度变大;减小栓钉间距会增大混凝土塑性损伤程度,但组合板的跨中挠度减小。研究结果可为弧形双钢板混凝土组合结构的设计提供参考。

弧形双钢板混凝土组合结构由钢板、混凝土与连接件协同作用,具有更优异的抗震和抗爆性能,被应用于超高层结构、海洋平台和核电设施中。利用试验和数值分析方法研究了栓钉型弧形双钢板混凝土组合结构的破坏模式和损伤机理,参数化分析了爆炸距离、钢板厚度、拱高和栓钉间距对其抗爆性能的影响。结果表明:在爆炸荷载下,栓钉型弧形双钢板混凝土组合板整体表现良好,仍具有较高的承载能力。增加爆炸距离和钢板厚度能有效减小混凝土的损伤和组合板的跨中挠度;减小拱高,混凝土损伤区域从以压缩破坏为主逐渐转换为以拉伸破坏为主,混凝土损伤更严重,组合板跨中挠度变大;减小栓钉间距会增大混凝土塑性损伤程度,但组合板的跨中挠度减小。研究结果可为弧形双钢板混凝土组合结构的设计提供参考。

极低温区循环载荷作用下Nb3Sn复合超导体的变形损伤及其应变率效应数值模拟
黄敏, 朱本浩, 肖革胜, 乔力
, doi: 10.11858/gywlxb.20230755
摘要:

Nb3Sn超导体在循环载荷下的变形损伤行为研究对揭示超导体临界性能不可逆退化背后的力学机制具有重要意义。采用分子动力学模拟方法研究了极低温条件下单晶和多晶Nb3Sn/Nb复合材料在循环载荷下的变形损伤行为,同时分析了应变率对Nb3Sn/Nb复合材料变形损伤和断裂行为的影响。结果表明:单晶Nb3Sn/Nb复合材料在循环载荷作用后,Nb3Sn层出现滑移,当滑移带交错处的局部应力大于材料强度时,在滑移带交错处微裂纹萌生,致使复合材料中Nb3Sn层断裂失效;而多晶Nb3Sn/Nb复合材料则由于晶界处应力在循环载荷下得不到松弛,当应力峰值超过晶界强度时,在晶界处萌生微裂纹,导致复合材料中Nb3Sn层发生沿晶断裂。Nb3Sn/Nb复合材料在不同应变率下表现出不同的断裂方式。随着应变率的增加,单晶Nb3Sn层中的滑移带数量增加,导致单晶Nb3Sn/Nb复合材料的韧性增强。而多晶Nb3Sn/Nb复合材料中,晶界对材料强度的影响随着应变率的增加而降低,高应变率下,复合材料在Nb3Sn层局部断裂后具有较大的剩余强度。研究结果将有助于理解Nb3Sn/Nb复合材料在循环载荷下的损伤演化过程,为材料的性能优化设计提供一定的理论指导。

Nb3Sn超导体在循环载荷下的变形损伤行为研究对揭示超导体临界性能不可逆退化背后的力学机制具有重要意义。采用分子动力学模拟方法研究了极低温条件下单晶和多晶Nb3Sn/Nb复合材料在循环载荷下的变形损伤行为,同时分析了应变率对Nb3Sn/Nb复合材料变形损伤和断裂行为的影响。结果表明:单晶Nb3Sn/Nb复合材料在循环载荷作用后,Nb3Sn层出现滑移,当滑移带交错处的局部应力大于材料强度时,在滑移带交错处微裂纹萌生,致使复合材料中Nb3Sn层断裂失效;而多晶Nb3Sn/Nb复合材料则由于晶界处应力在循环载荷下得不到松弛,当应力峰值超过晶界强度时,在晶界处萌生微裂纹,导致复合材料中Nb3Sn层发生沿晶断裂。Nb3Sn/Nb复合材料在不同应变率下表现出不同的断裂方式。随着应变率的增加,单晶Nb3Sn层中的滑移带数量增加,导致单晶Nb3Sn/Nb复合材料的韧性增强。而多晶Nb3Sn/Nb复合材料中,晶界对材料强度的影响随着应变率的增加而降低,高应变率下,复合材料在Nb3Sn层局部断裂后具有较大的剩余强度。研究结果将有助于理解Nb3Sn/Nb复合材料在循环载荷下的损伤演化过程,为材料的性能优化设计提供一定的理论指导。