爆轰波对碰驱动下平面铅飞层对碰区动载行为实验研究

 采用高速光学照相和脉冲X光照相技术,对滑移爆轰波对碰驱动下平面铅飞层对碰区的动载行为进行了实验研究。实验结果显示,在爆轰波对碰区铅飞层出现了类似射流状超前凸起的现象,对碰区凸起呈现出速度和密度有明显差别的多层分区结构。凸起头部速度较高,运动过程中因自身的速度梯度及与周围空气的相互作用,呈现出明显的散碎、雾化特征,体密度远低于初始密度。凸起根部速度相对较低、密度较高,但随时间的推移仍迅速转变为非密实状态。对碰爆轰波的波剖面结构,以及材料的强度和冲击熔化可能是主导对碰区动载行为的主要因素。     

应用SPH方法对平板铅飞层对碰凸起动载行为的数值模拟研究

采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法,模拟研究了两点起爆圆柱炸药驱动组合飞层(铝+铅)的动载行为,得到了爆轰波对碰区铅飞层类似射流状超前凸起的计算图像。模拟结果表明,对碰凸起呈现与实验结果相同的分层结构,且凸起头部具有散碎特征,根部相对密实。因此,SPH方法能够较好地模拟铅这类低熔点、低强度金属在对碰区中出现的散碎等破坏现象。     

对碰爆轰波驱动下几种金属平面飞层的动载行为

两相向传播的滑移爆轰波相互碰撞时，被其驱动的飞层内会产生急剧升高的压力和剪切流变。这种加载条件与被驱动飞层材料动载性能耦合，可能在飞层相应局域引发特殊的表面喷射、变形失稳、断裂等动载行为。本课题选择铅和无氧铜作为研究对象，采用光学分幅和脉冲X光照相技术，对Pb和Cu平面飞层在爆轰波对碰驱动下的动载行为进行观测，对相关物理机制进行分析。     

爆轰驱动下对碰区早期凸起行为的超高速光电摄影实验研究

爆轰波对碰区的飞层运动是武器物理研究的热点问题,对碰区运动凸起晚期诊断结果与早期飞层的响应过程有着密切的关联。目前实验研究主要集中在分析对碰行为晚期演化结果的外在特征,而对早期飞层响应过程进行精确测量的研究则很少。选取W、Cu等性能基本已知的材料作为研究对象,采用自研的超高速光电分幅相机搭建了精密实验平台,并将其用于对碰区爆轰波对碰过程及飞层材料早期响应行为实验,获得了冲击波对碰前、后飞层表面变形的细节特征,建立了对碰区早期飞层材料表面凸起的演化图像。该结果可以为对碰区凸起运动的状态分析和数值模拟提供参考。     

爆轰波在炸药-金属界面上的折射分析

针对爆轰波在炸药-金属界面上折射时由实验获得的金属折射冲击波压力与经典爆轰波极曲线理论预测的压力存在显著差异这一问题, 本文展开了进一步的理论和数值模拟分析研究. 首先通过分析指出经典爆轰波极曲线理论的缺陷, 并对爆轰波极曲线理论进行了改进, 改进爆轰波极曲线理论给出了炸药爆轰波折射类型以及折射冲击作用点处的压力值. 然后发展了一个基于次特征理论来数值求解爆轰反应流动控制方程的二阶中心型Lagrange方法, 并数值模拟了一个典型的炸药爆轰波折射实验. 改进爆轰波极曲线理论和数值模拟分析结果表明, 爆轰波折射类型有三种:反射冲击波的正规折射、带Mach反射的非正规折射、无反射波的正规折射, 并且金属折射冲击波压力值随入射角增大而单调减小.     

爆轰波对碰加载下平面Sn材料动力学行为实验研究北大核心CSCD

基于简易平面对碰加载实验装置,采用DPS测速和传统X光联合诊断技术,实验研究了Sn样品对碰区的动力学行为,给出了包含对碰区主体破碎物质的密度-空间分布数据和样品前表面微喷物质速度、分布宽度的关键信息的总体物理图像。该研究结果为后续爆轰波对碰加载下材料动力学行为实验中诊断技术的选择和解读,以及相关物理规律的认识提供了重要的实验依据。     

爆轰波对碰加载下平面Sn材料动力学行为实验研究

基于简易平面对碰加载实验装置,采用DPS测速和传统X光联合诊断技术,实验研究了Sn样品对碰区的动力学行为,给出了包含对碰区主体破碎物质的密度-空间分布数据和样品前表面微喷物质速度、分布宽度的关键信息的总体物理图像。该研究结果为后续爆轰波对碰加载下材料动力学行为实验中诊断技术的选择和解读,以及相关物理规律的认识提供了重要的实验依据。     

爆轰波对碰驱动平面组合飞片的数值模拟

采用SG(Steinberg-Guinan)强度模型描述组合飞片(铅和铝)的动力学响应行为,对两侧对称点起爆圆柱炸药、爆轰波对碰驱动组合飞片实验模型进行了数值模拟计算。得到了爆轰波对碰驱动组合飞片的计算图像,并与实验结果进行了对比分析,明确了SG强度模型对描述爆轰波对碰驱动下组合飞片的适用性,为高应变率条件下材料强度模型的适应性研究奠定基础,同时也为更好地理解材料在高应变率条件下的本构关系以及材料在对碰区的动力学行为提供参考。     

冲击加载-准等熵加载过程的密度梯度飞片计算设计

 采用一维弹塑性流体动力学计算方法,通过对LLNL（Lawrence Livermore National Laboratory）Mg-Cu体系密度梯度飞片冲击加载-准等熵加载实验过程数值计算和比较,验证了流体动力学计算方法、不同材料体系混合模型以及计算程序的正确性和实用性。考虑到在飞片材料制备中,单层厚度最小值为0.2 mm和Mg-W最大阻抗混合质量分数的致密条件限制,开展了对新的Mg-W体系密度梯度飞片实现冲击加载-准等熵加载过程计算设计,给出了满足加载要求的飞片结构特征;从计算给出的粒子速度波剖面可见,密度梯度飞片波阻抗分布对加载过程和加载强度非常敏感,通过精心设计准连续型变阻抗的梯度飞片,可以进行不同复杂加/卸载过程的物理模型设计和实验研究。     

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.     

凝聚炸药爆轰波在高声速材料界面上的折射现象分析

凝聚炸药爆轰在边界高声速材料约束下传播时,爆轰波会在约束材料界面上产生复杂的折射现象.本文针对凝聚炸药爆轰波在高声速材料界面上的折射现象展开理论和数值模拟分析.首先通过建立在爆轰ZND模型上的改进爆轰波极曲线理论给出爆轰波折射类型,然后发展一种求解爆轰反应流动方程的基于特征理论的二阶单元中心型Lagrange计算方法来数值模拟典型的爆轰波折射过程.从改进爆轰波极曲线理论和二阶Lagrange方法数值模拟给出的结果看出,凝聚炸药爆轰波在高声速材料界面上的折射类型有四种:反射冲击波的正规折射、带束缚前驱波的非正规折射、带双Mach反射的非正规折射、带λ波结构的非正规折射.     

凝聚介质中斜激波的反射

结合数值模拟和理论分析,研究凝聚介质中斜激波反射.采用龙格-库塔控制体积间断有限元方法,数值求解"刚性气体"状态方程形式下的欧拉方程组;理论分析凝聚介质中斜激波反射模式;运用激波极曲线理论,给出典型激波强度下正规反射向非正规反射过渡的临界角及波后状态.比较数值模拟结果和激波极曲线理论分析结果,得到典型弱、强斜激波的反射图像.     

水中斜激波的传播

 利用水的简化物态方程讨论了水中斜激波波后流动马赫数、密度比、压强增量及冲击角与来流马赫数的关系,给出了一个无量纲化的激波极线方程;对附体激波转变为脱体激波及波后流动为等声速流的条件进行了讨论。     

气相爆轰波在分叉管中传播现象的数值研究

数值研究气相爆轰波在分叉管中的传播现象.用二阶附加半隐龙格-库塔法和5阶WENO格式求解二维欧拉方程,用基元反应描述爆轰化学反应过程,得到了密度、压力、温度、典型组元质量分数场及数值胞格结构和爆轰波平均速度.结果表明:气相爆轰波在分叉管中传播,分叉口左尖点的稀疏波导致诱导激波后压力、温度急剧下降,诱导激波和化学反应区分离,爆轰波衰减为爆燃波(即爆轰熄灭).分离后的诱导激波在垂直支管右壁面反射,并导致二次起爆.畸变的诱导激波在水平和垂直支管中均发生马赫反射.分叉口上游均匀胞格区和分叉口附近大胞格区的边界不是直线,其起点通常位于分叉口左尖点上游或恰在左尖点.水平支管中马赫反射三波点迹线始于右尖点下游.分叉口左尖点附近的流场中出现了复杂的旋涡结构、未反应区及激波与旋涡作用.旋涡加速了未反应区的化学反应速率.反射激波与旋涡作用并使旋涡破碎.反射激波与未反应区作用,加速其反应消耗,并形成一个内嵌的射流.数值计算得到的波系演变和胞格结构与实验定性一致.     

Gasdynamic characteristics of toroidal shock and detonation wave converging

The modified CCW relation is applied to analyzing the shock, detonation wave converging and the role of chemical reactions in the process. Results indicate that the shock wave is strengthened faster than the detonation wave in the converging at the same initial Mach number. Euler equations implemented with a detailed chemical reaction model are solved to simulate toroidal shock and detonation wave converging. Gasdynamic characteristics of the converging are investigated, including wave interaction patterns, observable discrepancies and physical phenomena behind them. By comparing wave diffractions, converging processes and pressure evolutions in the focusing area, the different effects of chemical reactions on diffracting and converging processes are discussed and the analytic conclusion is demonstrated through the observation of numerical simulations.     

Gasdynamic characteristics of toroidal shock and detonation wave converging

Shock wave focusing is a fundamental problem in the shock wave research and the instantaneous impulse of high temperature and pressure generated at the focal points has been applied recently in industrial and medical researches[1]. There are several methods to create shock wave focusing, among which the more commonly-used one is to make a planar shock wave reflect from a concave surface, such as the elliptical or parabolic re- flector. Toroidal shock wave focusing has been proposed and investi…     

激光加载下金属锡材料微喷颗粒与低密度泡沫混合实验研究

金属材料的微喷是冲击加载下金属表面发生的一种动态破碎现象,微喷研究在很多领域都具有重要意义,包括惯性约束聚变(ICF)和烟火制造等.由于激光实验特有的优势,近几年国内外开展了很多利用强激光驱动冲击加载研究材料微喷过程的实验.利用泡沫材料对微喷颗粒进行静态软回收虽然可以获得颗粒的形态分布、颗粒尺寸及颗粒质量等定量结果,但并不能反演微喷颗粒从进入泡沫到停滞过程中的动态混合过程.为此,在神光Ⅱ升级装置上利用皮秒脉冲激光照射金丝产生高能X射线,实现了对锡微喷颗粒与低密度泡沫混合过程的高时间分辨和高空间分辨背光照相.背光图像面密度结果证实微喷颗粒在泡沫中并没有发生二次破碎.静态回收结果表明,在锡材料与泡沫紧贴放置的情况下,微喷颗粒在泡沫中的穿透深度随着加载压强升高呈现先增大后减小的规律,与非紧贴放置的实验结果有明显的差别.     

Ejecta from periodic grooved Sn surface under unsupported shocks

Dynamic failure and ejection characteristics of a periodic grooved Sn surface under unsupported shock loading are studied using a smoothed particle hydrodynamics method. An "Eiffel Tower" spatial structure is observed, which is composed of high-speed jet tip, high-density jet slug, longitudinal tensile sparse zone, and complex broken zone between grooves. It is very different from the spike-bubble structure under supported shocks, and has been validated by detonation loading experiments. In comparison with that under supported shocks at the same peak pressure, the high-speed ejecta decreases obviously, whereas the truncated location of ejecta moves towards the interior of the sample and the total mass of ejecta increases due to the vast existence of low-speed broken materials. The shock wave profile determines mainly the total ejection amount, while the variation of V-groove angle will significantly alter the distribution of middle-and high-speed ejecta, and the maximum ejecta velocity has a linear correlation with the groove angle.     

一种准二维柱面爆炸波加载装置的设计与验证

基于竖直爆轰管和径向Hele-Shaw Cell,设计并搭建了一套准二维柱面爆炸波加载装置,可以实现对Hele-Shaw Cell内部材料界面的径向冲击加载.竖直爆轰管内部的预混气体在底部点燃后,形成向上传播的冲击波,冲击波冲破爆轰管开口与Hele-Shaw Cell底板开孔之间的隔膜后,被Hele-Shaw Cell...