冲击波加载速率对微射流影响的数值模拟

材料表面在发生熔化前，微射流可能是微喷射的主要物理机制之一。曾鉴荣等在纯铅的实验中发现，当靶板中出现三波结构（即弹性先驱波、相变波和塑性波）时，测得峰值压力为22GPa时纯铅样品的微喷射量比峰值压力为20GPa的单次冲击加载喷射量几乎减少了1／2。Asay在铝平面样品的微喷射实验中，也发现随着冲击波加载速率的减小（上升沿宽度增加），喷射量大致按指数规律减小。对于自由面上缺陷平均尺度为5lain的样品，在冲击加载变到35ns波阵面宽度的加载条件时，喷射量约降低了2个数量级。     

冲击作用下金属表面微喷射的分子动力学模拟

利用二维分子动力学程序,结合类紧束缚杂化多体势,研究冲击载荷下金属表面包含沟槽型缺陷的微喷射动力学过程.在产生微喷射以后,结果表明材料内部传播着两种波系:反射稀疏波和二次加载压缩波,其中,反射稀疏波波面与沟槽形状相似,而二次压缩波波面随沟槽夹角的变化而变化;并形成了两个压强区:负压区和正压区,负压区的存在表明材料中可能产生微损伤.同时,统计结果表明微喷射体的速度随沟槽半角增加而增加的趋势,微喷射体的粒子数随沟槽半角增大而减少的趋势,当沟槽半角大于60°,微喷射效应消失.以上计算结果可以定性说明射流是沟槽型 关键词： 冲击波 沟槽型缺陷 微喷射 分子动力学     

动载荷下金属板表面的微物质喷射

 用石英晶体传感器技术，测量了冲击波作用下铝合金（Ly-12）和纯铅样品自由表面的微物质喷射量。在冲击压力为32 GPa时，测得光洁度为3.2、0.4、0.1 μm的铝合金的微物质喷射量分别为1.53～3.28 g/m²，0.2～0.3 g/m²和0.053～0.096 g/m²，对光洁度为3.2 μm的纯铅样品，在压力为13 GPa和47 GPa时，微物质喷射量分别微26.4～42.4 g/m²和183～328 g/m²。在最高冲击压力约为20 GPa时，做了多次冲击下的微物质喷射量测量，发现比单次冲击加载下的喷射量有很大的减少。结果表明，微物质喷射量与自由表面的加工条件、局部熔化和加载方式等因素有关。     

L-R两步欧拉方法在铝材料微喷射中的应用

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。     

冲击压力、加载速率及加载方式对于沟槽微射流的影响

当冲击波从材料自由表面反射时，会有部分物质微粒以高于自由面的运动速度向外喷射，这一现象称为微物质喷射。微喷射现象是金属自由面运动中的一个重要现象，也是冲击波或爆炸驱动技术中的一项重要研究内容。Asay等人在实验的基础上，提出了影响微喷射的一些物理因素，并发表了关于微喷射的研究结果。由于形成微喷射的作用机制比较复杂，理论研究工作进展相对缓慢，迄今尚没有比较完善的微喷射的理论预估模型，主要研究手段还是以实验和数值模拟为主。     

熔化状态下锡样品微喷射现象的诊断

强冲击熔化状态下,金属样品表面微喷射大幅增加,难以诊断。针对该问题,利用Asay-F窗技术,通过实验诊断,得到了熔化状态下不同表面加工状态锡样品表面微喷射物质的质量、密度、速度和空间分布等信息,分析了表面加工状态对表面喷射物质量及特征的影响。结果发现,对于熔化状态的金属样品,表面粗糙度仍是决定微喷射物质量大小、速度及空间分布的重要因素,且相关特征均呈现随表面粗糙度增大而增大的趋势。研究结果为认识熔化状态下材料的微喷特性及构建物理模型提供了重要数据。     

熔化状态下锡样品微喷射现象的诊断北大核心CSCD

强冲击熔化状态下,金属样品表面微喷射大幅增加,难以诊断。针对该问题,利用Asay-F窗技术,通过实验诊断,得到了熔化状态下不同表面加工状态锡样品表面微喷射物质的质量、密度、速度和空间分布等信息,分析了表面加工状态对表面喷射物质量及特征的影响。结果发现,对于熔化状态的金属样品,表面粗糙度仍是决定微喷射物质量大小、速度及空间分布的重要因素,且相关特征均呈现随表面粗糙度增大而增大的趋势。研究结果为认识熔化状态下材料的微喷特性及构建物理模型提供了重要数据。     

低孔隙度疏松铝的高压声速与冲击熔化

对含微孔洞疏松度m=1.04的疏松铝进行了冲击加载-卸载实验,利用DISAR(distance interferometer system for any reflector)测得了53至99 GPa五个冲击压力下疏松铝/LiF界面粒子速度波剖面,获得了各压力下的纵波声速和其中三个压力点的体波声速,确定出疏松铝的冲击熔化压力约为81 GPa,确定出高压下冲击熔化前的泊松比约为0.372.通过分析,微孔洞明显降低了冲击熔化压力,引起的非谐振效应明显,状态方程计算中考虑非谐效应,非谐因子l 关键词： 低孔隙度 疏松铝 声速 冲击熔化     

爆轰驱动金属飞层对碰凸起和微射流形成的数值模拟研究

本文对柱面两极点起爆情况下滑移爆轰波驱动两层金属飞层对碰凸起和微射流形成进行了模拟研究. 铅飞层内界面走时计算结果与实验结果能够较好符合. 在两极位置铅飞层内部出现断裂并形成空腔, 内壁面则形成鼓包型凸起; 在赤道位置飞层内壁面凸起后断裂产生大尺度金属颗粒, 其和微喷射形成的小尺度颗粒叠加构成了对碰区凸起现象. 在铅飞层内表面微喷射现象的研究中发现, 两极附近的微喷物质最大速度逐渐下降, 而对碰区附近的微喷颗粒最大速度反而随时间逐渐增高. 之后, 通过设计沟槽型微喷计算模型, 验证了在两极和赤道上铅飞层内表面产生的初始微喷射最大速度能够由同一均匀缺陷表面所产生. 最后, 通过数值模拟分析研究初步给出了该问题中抑制金属飞层对碰凸起和微喷现象的方法.     

冲击诱导金属铝表面微射流现象的微观模拟

采用嵌入原子势分子动力学模拟方法, 研究了金属铝表面沟槽在冲击下形成微射流的微观过程和动力学性质. 通过对模拟结果的统计分析, 获得了较宽冲击压力范围内微射流形态的变化规律, 以及相应的质量-空间分布和质量-速度分布变化. 基于原子中心对称参数, 分析了样品近表面非晶态转变和卸载熔化过程, 获得了卸载熔化对微射流质量及其分布的影响规律. 研究还发现: 样品熔化之前, 微射流质量与波后粒子速度呈线性增加关系; 卸载熔化出现后, 微射流质量开始迅速增加; 当卸载熔化速度足够快时, 金属强度效应可忽略, 此时微射流质量与波后粒子速度再次表现出线性增加关系.     

冲击加载下铝的剪切模量

分别用Steinberg-Cochran-Guinan (SCG)模型、修正的SCG模型和有限应变理论对材料的剪切模量做了数值计算，并与一维平面应变加载下铝的实验结果进行了比较.结果表明，修正的SCG模型与实验结果较为符合.在10—80GPa的压力范围下，剪切模量随冲击压力的增加而逐渐增大，这是由于压力的影响占主要地位，发生了加工硬化.在80—125GPa的压力范围下，剪切模量随冲击压力的增大快速减小，这是因为温度的影响比较严重，发生了高温软化现象.剪切模量最终在冲击压力为125GPa处趋于零，这是由于在该压力点冲击熔化发生，剪切强度消失. 关键词： 剪切模量 Steinberg-Cochran-Guinan模型 有限应变理论 铝     

缺陷形状对铝材料微喷射的影响

通过二维弹塑性流体力学欧拉程序MEPH,对包含不同形状不同角度缺陷铝材料的微射流现象进行数值模拟,并对其最大喷射速度以及喷射系数进行数值统计,得到不同形状、不同角度缺陷最大喷射速度及喷射系数的变化规律.并将计算结果与实验结果进行比较,基本吻合,能够反映试验规律.     

熔化前后Pb样品表面微喷射现象研究

利用设计的大量程Asay-F窗技术,从实验上准确诊断了不同加载状态下金属Pb样品表面微喷物质量和密度-速度分布信息,重点阐释了熔化前后金属样品表面微喷特性的异同,并从理论分析的角度解释了该现象产生的物理原因,为研究熔化对金属样品表面微喷射的影响机制奠定了重要基础.     

低孔隙度疏松锡的高压声速与相变

为研究微孔洞对锡的高压相变的影响, 对含亚微米孔洞的疏松锡(疏松度m=1.01)进行了冲击加载-卸载实验. 利用DPS(Doppler pins system)测得了31.8-66.1 GPa冲击压力下疏松锡/LiF界面粒子的速度剖面, 获得了各压力下的纵波声速与体波声速, 给出了该疏松锡的冲击熔化起始压力约为49.1 GPa, 获得了各压力下的剪切模量与泊松比. 结合密实锡与疏松锡的高压纵波声速、体波声速与剪切模量, 界定密实锡的冲击熔化压力在53.5-62.3 GPa之间, 高于疏松锡的值, 表明微孔洞明显降低了冲击熔化压力. 对密实锡准确的冲击熔化压力值还需要进一步的实验数据. 测试的固态压力范围内的声速数据没有明显奇异点, 表明疏松锡没有类似密实锡的固态bcc 相变发生.     

强激光加载下锡材料微喷颗粒与气体混合回收实验研究及颗粒度分析

冲击波在金属材料自由面卸载时,材料表面会形成微颗粒向外喷射,这是材料表面一种特殊的破坏形态.在内爆压缩和高压工程领域的相关物理过程中,微喷射颗粒是引起界面混合现象的重要来源,会直接影响后期的混合状态和压缩过程.而微颗粒的尺寸、形态、运动速度等是开展微喷混合过程理论和数值模拟研究的重要参数.由于实验中动态诊断的难度较大,目前已获取的微喷颗粒尺寸及分布数据十分有限.基于神光Ⅲ原型激光装置,本文设计并开展了强激光驱动冲击加载,锡材料微喷颗粒经过气体区混合后,低密度泡沫材料对微颗粒进行回收分析的实验研究.通过对微喷颗粒回收样品的X光电子计算机断层扫描分析和图像重建,获得了两个典型加载压强条件下与气体混合后微喷颗粒的三维图像,通过与真空实验条件下回收微喷颗粒图像的对比分析,对混合后的微喷颗粒分布形态有了初步的认识;测量统计了回收颗粒尺寸与数目,并通过分析,给出了微喷颗粒尺寸的双指数分布规律.     

一种多孔铁的高压声速和冲击熔化

 用冲击加载手段对一种多孔铁材料的高压声速进行了研究。研究结果表明,该多孔铁材料的冲击熔化压力范围在122～157 GPa之间,利用多孔铁可以测得铁在200 GPa压力内的冲击熔化温度。     

强激光加载下金属材料微喷诊断实验研究进展

强激光加载下金属材料产生的微喷射现象及其内在的机理分析是冲击压缩科学与工程领域研究的前沿问题,相关研究对于认识材料在极端载荷条件下的动力学行为具有重要意义。近年来国内外科学家们基于各大激光装置开展了大量微喷射诊断实验研究,在喷射物性质、金属界面不稳定性增长以及微喷混合问题等方面取得了一系列重要进展。通过回顾微喷静态和动态诊断实验的研究历程,对微喷诊断实验研究方法的重要应用作了详细介绍,同时对微喷产生的主要作用机制、影响因素以及微喷混合等问题进行回顾、梳理和总结。根据当前国内外微喷诊断实验发展趋势,归纳总结目前微喷诊断实验研究结果中仍存在的不足,并对微喷射实验研究未来发展方向进行展望。     

紫外光诱导纳米颗粒胶体微射流碰撞特性（英文）

采用流体力学模拟方法,建立了垂直非淹没射流的计算流体动力学模型,研究了在紫外光诱导纳米颗粒胶体射流中用直径D为500μm的微孔光-液耦合喷嘴进行抛光加工的冲击动力学,分析了非淹没射流条件下光-液耦合喷嘴内、外的流场分布情况及其对工件表面的喷射冲击特征,对紫外光诱导纳米颗粒胶体射流冲击动力学过程进行了理论描述。计算结果表明,在1MPa入射压力时,微孔光-液耦合喷嘴口TiO2胶体的喷射速度约为30m/s,其集束匀速喷射距离约为5mm。在此喷射距离时进行垂直喷射,在胶束与工件表面的冲击射流作用区域,其射流静压最大值分布在射流冲击作用中心,但射流动压及射流合成速度在此区域的截面分布呈"W"形状,射流动压及速度最大值出现在胶体射流束的外环直径约2mm处。     

紫外光诱导纳米颗粒胶体微射流碰撞特性（英文）北大核心CSCD

采用流体力学模拟方法,建立了垂直非淹没射流的计算流体动力学模型,研究了在紫外光诱导纳米颗粒胶体射流中用直径D为500μm的微孔光-液耦合喷嘴进行抛光加工的冲击动力学,分析了非淹没射流条件下光-液耦合喷嘴内、外的流场分布情况及其对工件表面的喷射冲击特征,对紫外光诱导纳米颗粒胶体射流冲击动力学过程进行了理论描述。计算结果表明,在1MPa入射压力时,微孔光-液耦合喷嘴口TiO2胶体的喷射速度约为30m/s,其集束匀速喷射距离约为5mm。在此喷射距离时进行垂直喷射,在胶束与工件表面的冲击射流作用区域,其射流静压最大值分布在射流冲击作用中心,但射流动压及射流合成速度在此区域的截面分布呈"W"形状,射流动压及速度最大值出现在胶体射流束的外环直径约2mm处。     

强激光加载下金属材料微喷回收诊断

金属材料在冲击载荷下的动态响应在许多民用工程、航空航天等领域都有重要的应用背景.而金属材料在冲击载荷下的微喷形成过程,包括微射流、碎裂以及微层裂的物理过程的研究中尚存在许多空白.介绍了国内首次在神光Ⅲ原型激光装置上开展的金属材料微喷回收实验,实现了激光加载下低密度泡沫材料对微喷颗粒的回收,对回收样品进行了X光CT分析,通过图像重建,获得了回收微喷颗粒的三维图像,以及颗粒不同形态分布、颗粒尺寸、颗粒质量等定量结果.