《高能量密度物理》更好地牵引研究方向和反映研究进展——写在《爆轰波与冲击波》更名之际

高能量密度表示外界强脉冲加栽下内能高密度沉积所导致的物质状态，高能量密度物理研究这种极端条件下物质的物态（密度、压力、内能、温度等热力学量以及电离度、组分浓度、相互作用势之间的关系）和物性（比热、声速、粘性、热导率、电导率…）；介质与结构中撞击、压缩、辐射、热流等各种形式能量的转换沉积、     

电磁脉冲驱动套筒内爆压缩磁化靶研究

采用磁流体方程和有限差分法,对内爆过程中高能量密度状态下的磁场对带电粒子和压缩过程的作用机制进行研究。结果显示:内爆过程中的各项参数为电子离子温度（50 keV）、压强（1 TPa）、粒子数密度（1024 cm-3）。套筒材料对约束时间、点火条件有重要影响;同时当磁感应强度大于5 T时,电子热传导系数比无磁场时减小2个数量级,离子热传导系数也出现了明显下降,在压缩峰值处,磁感应强度超过5 T时α粒子能量沉积密度比磁感应强度为0和1 T时相对增加约200倍。磁化在一定程度上也会阻碍内爆压缩过程。     

半导体桥起爆炸药的实验研究

介绍了用电爆炸半导体桥起爆炸药的实验 :被起爆装药是重结晶泰安 ,装药尺寸5 6mm 14mm ,密度 1 0～ 1 3g/cm3;装药壳体是直径 6.2mm的紫铜管 ,壁厚 0 .3mm ;采用快速放电的电容器放电装置 (CDU)作为半导体桥起爆炸药的能源。用这种新型半导体桥雷管起爆密度1 0g/cm3的泰安装药所需能量为 2 90mJ,雷管的外观尺寸是6 2mm 2 0mm ,作用时间t =3 2 7s,初始装药的到爆轰距离r=6 31mm。这种新型半导体桥雷管能可靠起爆密度为 1 64g/cm3的钝化 (含 5%石蜡 )泰安传爆药柱。     

小型激光器驱动飞片冲击引爆炸药实验研究

利用小型激光器驱动飞片技术成功起爆了PETN安全炸药。详细介绍了实验的原理、过程、实验装置、测试方法和实验结果。实验中 ,利用能量 2 0 5mJ、激光脉宽 9 5ns的激光脉冲 ,驱动厚度 5 5 m、直径约1 0mm铝飞片冲击起爆了密度 1 2g/cm3 的压装PETN炸药 ,冲击速度约 3～ 4 2km/s ,压力脉宽约 2 0 8ns。用简单的冲击起爆判据 (p2 =常数 )对实验结果进行了分析 ,结果表明 :实验结果是合理的 ,与理论分析是一致的。     

激光导引超高压冲击波

在研究高压力下凝聚态性质建立状态方程时,大多采用冲击波技术。但现有的常规实验技术只能产生低于0.5 TPa的压力(1TPa=14万个大气压),而可靠的高压理论模型又都在1-20 TPa以上。为了研究这一压力区,近年国外发展了核爆驱动法,激光驱动法,轨道炮驱动法等。     

胞孔构型对金属蜂窝动态力学性能的影响机理

采用ANSYS/LS-DYNA有限元研究了具有不同胞孔构型和排列方式的金属蜂窝材料在面内冲击荷载下的力学性能。在蜂窝的相对密度和冲击速度保持恒定的情况下,比较了它们的变形模式、动态承载力和能量吸收性能。结果表明,不同的胞孔构型导致在蜂窝压垮过程中胞壁的受力状态不同,从而影响蜂窝的宏观力学性能。根据胞壁的应力状态,可将蜂窝分为膜力主导蜂窝和弯曲主导蜂窝2大类。研究结果显示,蜂窝吸收的能量绝大部分转化为变形所需的内能,并且膜力主导蜂窝的内能占总能量的百分比更大。胞壁的屈曲导致膜力主导蜂窝的应力应变曲线呈现较大的波动。膜力主导蜂窝在变形过程中其胞壁会耗散更多的内能,从而比弯曲主导蜂窝具有更高的动态承载力和能量吸收能力。     

炸药参数对高锰钢爆炸硬化性能的影响

为了研究炸药参数对高锰钢爆炸硬化效果的影响,对两种不同密度的炸药进行爆速测试,并利用该炸药分别对高锰钢试样进行爆炸硬化实验,测试了从硬化表面向材料内部的硬度、抗拉强度和冲击韧性随深度的变化。测试结果表明:高锰钢试样在相同深度下,经过密度1.38 g/cm3炸药3次爆炸硬化得到的硬度大于密度1.48 g/cm3炸药2次爆炸硬化后的硬度,而冲击韧性小于密度1.48 g/cm3炸药作用后的冲击韧性;从爆炸硬化表面向下15 mm内,经过密度1.38 g/cm3炸药3次爆炸硬化得到的抗拉强度大于密度1.48 g/cm3炸药2次爆炸硬化后的抗拉强度,但深度大于15 mm时,经过密度1.38 g/cm3炸药3次爆炸硬化得到的抗拉强度小于密度1.48 g/cm3炸药2次爆炸硬化后的抗拉强度。从硬化后试件的硬度、抗拉强度以及冲击韧性这3方面考虑,使用单次爆炸冲量较小的炸药进行多次爆炸硬化效果较好。     

激光驱动复合飞片冲击起爆HNS-Ⅳ实验研究

激光驱动飞片冲击起爆技术具有很强的抗电磁干扰能力和可以直接起爆钝感炸药等优点,能够满足现代战场对火工系统的高安全性和高可靠性要求。HNS-Ⅳ是最适合激光驱动飞片冲击起爆技术的药剂。本文中在6种不同激光能量下,测试了Al/Al₂O₃/Al复合飞片和Al单层飞片对HNS-Ⅳ药剂(装药密度为1.5 g/cm3)的冲击起爆情况。实验实现了激光驱动飞片对HNS-Ⅳ的成功起爆。在217~245 mJ激光能量范围内,激光驱动Al/Al₂O₃/Al复合飞片均可成功完全起爆HNS-Ⅳ药柱。Al单层飞片均未成功起爆HNS-Ⅳ药柱。飞片冲击压力对激光驱动飞片冲击起爆HNS-Ⅳ起决定作用。     

高电压点火有效能量的测量及相关问题

建立了测量高电压点火产生的爆炸波参数装置,利用PCB压力传感器测定了在空气中高压电火花产生的爆炸波压力及其到达时间。改变点火能量和测试距离,得到了爆炸波的变化趋势和传播规律,并探讨了爆炸波各参数的标度尺寸。结果表明,电火花产生的爆炸波符合Hopkinson-Sachs爆炸相似律。把1/4周期放电能量与数值模拟结果进行比较,得知初始1/4周期放电能量(点火能量)与爆炸波能量基本吻合;因此,1/4周期放电能量可被视为作用于直接起爆引起爆轰的有效能量。进一步探讨了高电压点火各能量的分布;结果表明,储存于电容的总能量1/2CU2中约91%消耗于能量损失和欧姆损耗,初始1/4周期放电能量仅约占2%,其余的点火能量只起到加热混合物的作用。     

爆轰产物组成和爆轰参数计算方法的理论研究

为实现爆轰产物组成和爆轰参数的计算,采用拉格朗日乘数法和牛顿迭代的方法预测爆轰产物组成,利用BKW状态方程预测爆轰参数,在0~600 GPa和300~15 000 K压力温度范围内选取金刚石作为碳的生成相;对爆轰产物系统采用最小自由能原理,结合牛顿迭代法求解爆轰产物的化学平衡方程组;对BKW状态方程参数提出修订,取α=0.5,β=0.298,θ=6 620,κ=9.50;采用自编程序实现计算过程。使用此方法和Hugoniot关系计算密度为1.77 g/cm3的PETN爆轰CJ点爆轰参数验证计算精度,结果显示计算与实验结果的误差均小于1%。利用此方法结合Hugoniot关系预测出爆轰CJ点的产物密度为2.43 g/cm3。     

高密度B炸药的燃烧转爆轰实验研究

采用电探针及压力传感器测试技术对密度为1.597 g/cm3的固体B炸药（TNT/RDX=40/60）的燃烧转爆轰性能进行研究。实验结果表明,在较强的约束条件下（45号钢管,内径20 mm,外径64 mm,长500 mm）,B炸药形成了DDT现象,诱导爆轰距离为295~310 mm。     

低雷诺数流体力学介绍

、概述设物体在流体中运动,其尺度为 a,运动速度为 U,流体的密度为ρ,粘性系数为μ.μ具有质量/长度×时间的量纲(ML~(-1)T~(-1)).对于水,μ=10~(-2)泊(Poise).流体的运动粘性系数为ν,ν=μ/ρ,量纲为长度~2/时间(L~2T~(-1)).对于水,ν=10~(-2)厘米~2/秒=1 centistokes.     

CL-20混合炸药的爆轰波结构

基于爆轰数值模拟计算,分析了CL-20混合炸药爆轰反应的特征,设计了炸药与窗口的界面粒子速度测量实验装置;采用激光干涉法,测量了C-1炸药(CL-20/粘合剂/94/6)与窗口的界面粒子速度; 运用先求导、再分段拟合的方法,对界面粒子速度随时间的变化曲线进行了数据处理,确定了炸药爆轰CJ点对应的时间位置;根据CJ点对应的粒子速度,计算获得了炸药的爆轰反应区宽度和CJ爆轰压力。结果显示:密度为1.943 g/cm3的C-1炸药的爆轰反应时间为38 ns,CJ压力为34.2 GPa。     

基于量纲分析理论的煤尘爆炸能量预测模型

为预测煤尘爆炸能量,基于量纲分析理论建立煤尘爆炸能量预测模型。选取爆炸能量E、空气密度ρ和大气压强p的量纲为导出量纲。根据量纲分析Π定理得出含有待定参数λ的具有普适性的能量预测模型。通过小型煤尘爆炸性实验设计,测定10次爆炸最长火焰长度平均值l₀、10次最长火焰长度出现时间平均值t₀与该小型煤尘爆炸中释放能量E₀,确定模型中参数λ为0.467。对模型变量t、E、l的函数关系进行合理性检验。通过实测的15组不同时刻的火焰长度进行模型变量t、l幂指关系检验。检验结果表明:量纲选取完备,预测模型科学合理。     

温度对发散冲击波引爆塑料粘结TATB炸药的影响

在温度为 2 0℃、- 30℃和 - 54℃条件下 ,用半球形传爆药输出的发散冲击波引爆密度1 90g/cm3的塑料粘结TATB钝感炸药 ,采用切面实验方法 ,通过电探针测试技术 ,观测了炸药中被引发的爆轰波或反应冲击波速度的增长或衰减过程。实验表明 ,温度降低 ,塑料粘结TATB钝感炸药的引爆性能发生显著变化。     

镁粉尘云最低着火温度的实验测试

采用标准装置Godbert-Greenwald恒温炉测试了不同条件下镁粉尘云最低着火温度。实验测试结果显示:D50为6、47、104、173 m时镁粉尘云最低着火温度分别为480、520、620、700 ℃;选取D50为6 m的镁粉,在分散压力恒定为0.1 MPa时,镁粉浓度由424 g/m3变化到5 085 g/m3,粉尘云最低着火温度由600 ℃降低到480 ℃;而粉尘质量恒定为0.3 g时,分散压力从0.1 MPa增加到0.2 MPa,粉尘云最低着火温度由540 ℃升高到580 ℃。还分析了镁粉粒径、浓度及分散压力对粉尘云最低着火温度的影响。     

金属蒸气真空弧离子源CO离子注入对不锈钢摩擦磨损性能的影响

采用金属蒸气真空弧离子源对1Cr18Ni9Ti不锈钢进行Co离子注入,考察了注入处理试样的摩擦磨损性能.结果表明:Co注入处理样品的表面硬度比未注入样品的高1.0～1.5倍,且硬度随离子束流密度的增大而增大;Co注入处理试样的摩擦系数显著降低至约0.20,磨损体积损失降低25%～45%;当束流密度为22μA/cm2、注入剂量为5×1017/cm2时,注入处理样品的摩擦系数为0.19,耐磨寿命最长;在所选定的试验参数范围以内,当临界束流密度处于22μA/cm2时,保留剂量最大,改性表面硬度最高,耐磨性能最佳.     

炭纤维增强双基体炭/碳化硅(C/C-SiC)制动材料的性能

以针刺炭纤维整体毡为预制体,采用呋喃树脂加压浸渍、加压固化和炭化制得密度为1.45g/cm3的多孔体C/C材料,然后熔融渗硅制得密度为2.37g/cm3的炭纤维增强双基体炭/碳化硅(C/C-SiC)材料.结果表明:熔融渗硅中反应生成的SiC基体主要分布在胎网层、针刺纤维附近以及无纬布层的纤维束间;C/C-SiC材料的弯曲强度为165MPa,垂直和平行于无纬布铺层方向的压缩强度分别为210和196MPa;C/C-SiC材料的摩擦性能稳定,平均动摩擦系数为0.38,静摩擦系数为0.40,和对偶件的线磨损率分别为5.3和3.7μm/(面.次),其磨损过程是由磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损共同作用的结果.     

初始压力和狭缝宽度对毫米量级狭缝内爆轰起爆距离的影响

为获得狭缝内爆轰起爆距离的影响因素,分别在高度为1.0 mm,宽度为10、20、30 mm的狭缝爆轰管内,对不同初始压力下(p₀=5.0~50.0 kPa)等当量比的乙烯/氧气预混气体进行了单次爆轰性能实验研究。根据烟迹法、高速摄影图片判定起爆位置,分析了初始压力和狭缝宽度对爆轰起爆距离的影响。结果表明:(1)p₀=21.0~30.0 kPa时,起爆距离随着狭缝宽度的增大而逐渐缩短;(2)p₀=35.0~42.5 kPa时,起爆距离随着狭缝宽度的增大先缩短后增大,在p₀=45.0~50.0 kPa时起爆距离随着狭缝宽度的增大基本保持不变;(3)3种狭缝宽度下,量纲一起爆距离随量纲一初始压力的变化曲线差异较大。     

格子玻尔兹曼方法概述：详尽的历史性文献及待探讨的理论问题

本文给出了详尽的格子玻尔兹曼方法的概述：包含其理论基础、起源、基本思想及主要特征，历史进展、重要的综述、著名书刊、应用及可用计算机代码，从而为从事有关研究的学生与研究人员提供了丰富的参考文献． 通过文献检索阅读， 揭示了以下有待探讨的理论问题： (a) 麦克斯韦-玻尔兹曼分布(Maxwell-Boltzmann distribution)的建立只涉及稀薄气体的压力内能，但未考虑粘性应力的内能；(b) 三个守恒律无法从玻尔兹曼方程直接导出，必须借助外加的小参数展开完成，同时在守恒方程中无法引入外力及能源的贡献；(c) Lattice Boltzmann Method (LBM)执行中，只更新流体的物质密度和平均速度，不更新其内能参数．由于在复杂流动中，流体的内能是时间及空间的函数，因此其理论是不完整的．以上揭示的理论问题是现有LBM方法 不能有效地求解涉及高速及大压缩性引起内能剧烈变化的复杂流场的原因．作者给出一篇理论研究文章以回答揭示的理论问题．