ANPyO@PDA复合材料的制备、表征及热分解性能

为了提高2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶氧化物(ANPyO)的热稳定性,基于多巴胺氧化自聚合原理,采用原位聚合法将聚多巴胺(polydopamine,PDA)包覆在ANPyO晶体表面,通过调节反应时间,制备了不同包覆率的ANPyO@PDA核壳型复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪对其形貌、晶体结构、分子结构和元素含量进行了表征,采用热重-差示扫描量热仪测试了ANPyO@PDA复合材料的热分解性能。结果表明:PDA在ANPyO表面形成均匀致密的涂层;PDA包覆后ANPyO晶体结构和分子结构没有发生改变;随着反应时间的增长,包覆率逐渐增加;PDA包覆3和9 h时,使得ANPyO的热分解峰值温度分别提高1.97和1.95℃,表观活化能分别增加25.04和139.33 kJ/mol,热爆炸临界温度分别提高23.12和20.04℃;ANPyO@PDA复合材料的热稳定性和热安全性高于ANPyO。

抗核爆X射线的防热材料微结构研究

对几种抗核爆X射线的防热材料随机产生的Voronoi微结构进行能量沉积计算,得到材料在X射线照射方向不同深度处沉积的比内能,结果表明:相同的X射线照射下,不同参数条件的Voronoi结构能量沉积的平缓程度(即剖面梯度)不同。3种随机Voronoi结构的表征值分别为77.22%,79.56%,84.14%,表明Voronoi多边形结构可提高防热材料抗核爆X射线能力。

含电子影响的冲击温度计算

在原有的冲击温度计算方法的基础上提出了一种新的计算方法,它既考虑了电子对冲击温度的影响,也有效的回避了物质零温物态方程计算的困难。通过对金属铝和铜的计算,结果与实验数据吻合得很好,所给出的铝和铜的冲击熔化点分别为(125.5 GPa,4 705 K)和(231 GPa,5 369 K),与目前铝和铜的冲击熔化点的实验数据吻合得非常好。

一种计算固体冷能、冷压和结合能的新方法

给出了利用Hugoniot参数计算材料冷能、冷压和结合能的一种新方法 ,对 5 2种纯元素单质固体材料的计算表明 ,该方法的计算误差较小 ,对计算碱金属等外层电子数较少的材料效果尤佳。利用文中给出的冷能、冷压公式 ,计算出的铝、铜、银和锌等材料的冲击绝热线与实验数据符合得非常好。

力学一级学科2009研究生培养方案工程力学方向的设计与思考

介绍了力学一级学科2009研究生培养方案工程力学方向的制定情况,并就如何实施好培养方案提出了建议。

在固液混合相区物质剪切模量的讨论

从实验和理论两个方面对处于固液相变平衡条件下物质在固液混合相区的剪切模量进行了讨论,认为物质的剪切模量在开始熔化时并不等于零。采用逾渗理论对物质在固液混合相区的固相连通性进行了计算,得到物质整体剪切模量消失的临界熔化质量分数为0.687左右。所给出的物质的熔化失稳因子F(p)能够定性的描述处于固液相变平衡条件下物质固液混合相区内相关物理参量的变化。

冲击熔化区材料强度的重整化解析

采用重整化理论对材料在冲击熔化区的强度进行了分析,结果表明,在冲击熔化区内,材料的强度在熔化质量分数达到0.300 798时开始减小,与材料中纵波声速向体波声速的转变点相对应。

描述混合物固液相变的两个近似模型

提出了描述混合物固液相变的两个近似模型 :混合相模型和等效物质模型。通过对 30 4钢的计算和比较表明 ,由两个模型计算得到的结果与直接利用 30

高温等离子体的状态方程及其热力学性质

高温下等离子体的状态方程及其热力学性质在天体物理、可控核聚变以及武器设计与破坏效应等领域有着广泛应用.本文主要回顾了高温等离子体在不同状态区域的状态方程的理论模型和处理方法.对于理想等离子体,离子之间的相互作用可以忽略,其状态方程较简单,已趋于完善.在超高温下,原子完全电离,离子和电子都可以采用理想气体状态方程描述;当温度不太高时,离子部分电离,可以采用Saha方程及其修正模型描述;原子在高度压缩状态下,其状态方程可以采用Thomas-Fermi模型及其改进模型得到.对于非理想等离子体,离子之间存在强耦合,还没有单一的理论模型能够在任意密度和温度范围内对离子之间的相互作用进行统一描述.量子分子动力学方法原则上可以在较大温度密度范围内给出可靠结果,但由于计算量太大以及高温下的计算存在收敛问题,也较难应用到温度较高的稠密等离子体区域.半经验的经典分子动力学方法虽然简单、计算量小,但只能在一定的区域范围内给出较精确的状态方程结果.在不同温度密度区域内采用不同的计算模型,再在空白区域进行插值从而得到全局状态方程在目前不失为一种简单有效的方法.

含水率对非饱和黏土动态压缩特性的影响

为探讨含水率对非饱和黏土动态压缩特性的影响规律,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置,针对不同含水率非饱和黏土试样开展了侧限条件下的动态压缩实验。实验结果表明,在径向变形受到约束时,当黏土中含有少量水时,比干黏土更容易压缩;而当含水率进一步增加时,试样在受压过程中逐渐接近饱和状态,黏土的抗压性能则明显提升。从能量吸收与分配角度来看,随着含水率的增加,试样所吸收的总能量在逐渐下降,体积改变能所占的比例逐渐增大,而形状改变能所占比例则逐渐减小。

单轴压缩下非饱和黏土动态力学性能试验研究

黏土作为一种松散多孔材料,其波阻抗较低,采用传统分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置进行单轴压缩试验时,存在透射信号弱、应力不平衡等问题。针对以上问题,提出利用石英压电晶体测定试样的应力并监测试样两端的应力平衡,采用入射波整形技术,考察应变率、含水率对非饱和黏土动态力学性能的影响规律。试验结果表明,非饱和黏土试样的单轴抗压强度与应变率及含水率的关系密切,强度随着应变率的提升而上升,但随着含水率的提升而下降。通过对试验结果的分析,分别提出单轴抗压强度与含水率及应变率之间的关系式,并通过拟合确定参数,拟合结果较好。

强激光对靶材烧蚀效应的数值模拟研究

强激光烧蚀是一个复杂的物理化学过程,包括质量迁移、相变、运动边界等诸多复杂因素。如果靶为复合材料,烧蚀机理更加复杂,而且很难找到共性规律,这对数值计算方法提出了较高的要求。文章介绍了强激光烧蚀的理论基础、烧蚀模型以及对强激光烧蚀进行数值模拟的无网格方法(光滑粒子动力学方法,即SPH方法)。采用了SPH方法对典型靶的激光烧蚀进行了数值模拟,并给出了单层铝靶和环氧树脂/铝双层靶在激光辐照下的烧蚀形貌与温度场。计算结果表明,在不同材料的交界面,烧蚀将沿径向发展。

激光辐照柱体铝靶的三维光滑粒子流体动力学仿真

在现有光滑粒子流体动力学方法基础上,提出了结合差分方法处理激光辐照边界条件的方法,并利用此方法自编程序模拟计算了功率密度为5.0×109 W/cm2的强连续激光辐照铝靶时的热-力学效应,准确给出了与激光作用的边界粒子的分布和飞散情况,同时给出了不同时刻靶体的温度场,得到了温度分布规律,并对结果进行了分析。

PELE弹丸靶后破片尺寸分布研究

横向效应增强型弹丸(PELE)靶后毁伤效果与穿靶后形成的破片数量及大小密切相关。依据Mott-Grady破碎理论和PELE弹丸壳体膨胀过程假设,提出了弹丸壳体破片尺寸分布范围的理论分析方法,并通过实验回收弹体破片尺寸的统计分析,验证了理论分析方法的合理性。理论与实验研究表明,PELE弹丸壳体破片尺寸分布与壳体材料密度、破碎耗能、临界破碎应变、应变率等因素相关;破片的环向宽度和数量受内芯材料的影响较大,存在随着内芯材料的密度和弹性模量的增加前端破片环向宽度减小,数量增多,径向飞散速度变大的规律;但从实验结果看,外壳破片轴向长度则受内芯材料的影响较小,主要与弹靶碰撞速度相关。

PELE贯穿薄靶后外壳破片径向速度计算方法与影响因素分析

基于横向效应增强型弹丸(PELE)侵彻金属薄靶板过程分析,将弹体前端在撞击作用下的变形过程分解为轴向一维压缩和径向自由膨胀两个变形阶段;依据冲击波理论,给出了弹体前端的冲击波压缩势能,由功能转化原理,给出了PELE前端外壳在靶后形成破片的最大径向飞散速度计算公式。计算结果在多种工况下均与文献的实验结果较为一致。计算结果表明:PELE靶后外壳破片的最大径向飞散速度与外壳和内芯材料的体积模量和泊松比有关,且随二者的增大而增大;PELE外壳破片的最大径向飞散速度是壳体和内芯在冲击波压缩作用下共同径向膨胀的结果,且外壳膨胀能在弹体整体膨胀能中所占比例较大,计算中应当同时考虑弹体外壳和内芯材料的横向膨胀效应对弹体破片径向飞散速度的影响。

新兴交叉学科背景下计算物理课程教学改革

科学技术的不断发展,促使各个学科之间的交叉越来越深入,同时也促进高校的教育改革。现代物理学建立在实验、理论和计算这三大支柱上。掌握一些在计算机上通过数值计算解决物理问题的能力,已成为每个物理系学生必须具备的素养。在以理学为基础培育新兴交叉学科背景下,针对学生的实际情况和特点,以培养学生自身能力和素质教育为根本,讨论了计算物理教学改革中如何渗透和推动科学计算能力教育,培养适应社会发展的合格人才。

模拟X射线热-力学效应电子束能谱的优化研究

实验室中主要采用电子束辐照来研究材料的热-力学响应规律,并以此为依据对材料抗核爆X射线的能力进行评估,此种评估方式忽略了电子束与X射线与物质相互作用中的差异,必然造成评估偏差。利用MCNP软件和约束最小二乘法,以1keV和3keV黑体X射线为优化对象,以电子束在介质中产生与X射线相同的能量沉积剖面为优化目的,对用于辐照铝、铜和钽三种材料的电子束能谱进行了优化计算,分别得到了它们的等效电子能谱。结果表明:等效电子能谱能够获得与相应的X射线一样的能量沉积剖面,可用作评估材料抗核爆X射线能力的依据;但等效电子谱与X射线和辐照材料均相关,应用中需依据辐照材料做出相应调整。

PELE正侵穿金属薄靶轴向剩余速度近似计算与分析

运用冲击波理论,对横向效应增强型弹丸(Penetration with Enhanced Lateral Efficiency,PELE)侵穿金属靶板的机理进行了分析,将PELE侵彻过程中能量损失分为外壳和内芯撞击靶板区域环形塞块获得的能量,冲击波影响范围内外壳和内芯增加的内能,外壳前端外沿和内沿对靶板冲塞剪切耗能等,给出了确定这些能量的计算方法;并依据能量守恒原理,给出了PELE正撞金属薄靶板靶后剩余速度的近似计算公式。公式计算结果与多种条件下实验结果均吻合较好。分析计算所得各能量损失结果表明,弹体内芯材料的变化对弹体侵彻能力的影响较小;侵彻中靶板塞块获得的能量在弹体侵彻动能损失中比重最大;外壳前端内沿对靶板的剪切能耗对弹体动能损失的影响可以忽略。

两种物态方程在超高速碰撞数值模拟中的比较

材料在超高速碰撞下将发生熔化甚至气化相变。为反映超高速碰撞中材料相变带来的影响,文章采用GRAY三相物态方程与Tillotson物态方程,对超高速碰撞进行数值模拟对比研究。研究表明:当碰撞速度在3km/s以下时,除了靶板穿孔直径外,两种物态方程所给出的碎片云的结果基本一致;但当碰撞速度在3km/s以上时,两种物态方程给出的数值模拟结果有较大差异,这说明在超高速碰撞中相变的产生对碎片云形状参数有较大影响。

低雷诺数流动问题的SPH数值模拟及与FPM方法的比较

采用SPH方法对低雷诺数流动问题进行了数值模拟,讨论了初始光滑长度以及核函数影响域大小对结果的影响。典型Poiseuille流和Couette流的模拟结果表明,SPH方法能够很好地模拟低雷诺数流动。并比较了SPH方法和FPM方法的精度和计算效率。