Ti-Pt周期调制梯度材料的制备及准等熵加载特性

基于波阻抗梯度材料的准等熵加载技术是掌握材料动态响应特性的重要技术手段,对于提升材料服役性能至关重要。采用电子束蒸发镀膜技术成功制备出Ti-Pt周期调制梯度材料,通过对周期层内双组分(Ti和Pt单层)厚度的调控,实现了波阻抗的宏观梯度变化。梯度材料实测总厚度与理论设计总厚度的误差仅为1.67%,并且实测平均硬度及弹性模量分别为2.8和99.8 GPa。材料内部层界面清晰,物相分析未发现金属合金相。利用一级轻气炮驱动TiPt周期调制梯度材料加载5μm厚Al靶,在Al靶内产生冲击-准等熵加载波形。数值模拟结果与实验曲线在上升趋势上吻合良好,5μm厚Al靶处的粒子速度、应力和应变率曲线的准等熵段存在较大起伏,应变率曲线在正负值间持续振荡,并且振幅较大。应力云图显示周期调制梯度材料在加载过程中会形成多个波系的追赶、叠加、整合。数值模拟结果显示,当靶材厚度为60μm时,波系完成整合,转变为连续的压缩波。结合数值模拟结果开展了60μm厚Al靶的轻气炮加载实验,粒子速度曲线和应力曲线的准等熵段转变为平滑的加载波形,应变率曲线准等熵段振幅显著减小,实现了良好的准等熵加载效果。研究结果表明,周期调制梯度材料与靶材厚度需进行匹配设计,研究结果可为新型周期调制梯度结构的应用提供指导。

基于Monte Carlo方法的磁驱动准等熵压缩实验不确定度量化评估

磁驱动准等熵压缩实验是研究材料偏离Hugoniot状态高压物性和动力学行为的重要实验技术之一,开展不确定量化评估具有重要意义和价值。基于Monte Carlo原理,结合磁驱动准等熵压缩实验过程分析、Lagrange分析和特征线正向数据处理方法建立了适用于此类实验的Monte Carlo不确定度量化评估方法,实现利用磁驱动准等熵压缩实验获取材料声速、应力、应变等物理量以及状态方程和本构关系等物理模型的不确定度量化评估。利用建立的不确定度评估方法,对文献中已开展的钽、铜和NiTi合金的磁驱动准等熵压缩实验结果进行不确定度量化评估与分析。结果表明,基于本文中方法的评估结果与国外文献以相同原理得到的评估结果一致。对基于CQ-4装置开展的NiTi合金磁驱动准等熵压缩实验的评估结果表明,设计的磁驱动准等熵压缩实验是一种可靠的精密物理实验。在此基础上,深入讨论了磁驱动准等熵压缩实验的误差相关性和敏感性。结果表明:台阶样品厚度和粒子速度的测量是影响实验精度的主要因素。

应用于多层靶准等熵压缩实验的反积分方法

针对磁驱动和激光驱动准等熵压缩实验物理中多层结构靶设计和实验数据处理的需求,在反积分处理方法的基础上,提出了多层靶的层间传递方法,实现了多层靶内加载历史的反演计算。通过正、反积分数值实验以及激光驱动实验的正、反计算,验证了多层靶中反积分数据处理方法的有效性,在绝大部分计算范围内,多层靶的反积分处理精度可以达到1%以内。利用反积分方法开展了多层靶物理实验的波形设计,并分析了不同厚度胶层的多层靶对斜波加载实验的影响。

磁驱动准等熵平面压缩和超高速飞片发射实验技术原理、装置及应用

利用脉冲大电流产生随时间平滑上升的磁压,实现对样品的准等熵平面压缩和超高速飞片发射,是近十年来发展和完善起来的一种新型的强动态斜波加载技术(ramp wave loading).本文简述了其原理、加载装置及数据处理方法等方面的研究进展,同时着重评述利用该技术和方法开展高压物态方程、材料动力学响应方面的研究进展,并对该技术在冲击动力学、天体物理和高能量密度物理等方面的应用前景进行了展望.

基于神光Ⅲ原型装置开展的激光直接驱动准等熵压缩研究进展

整形激光驱动准等熵压缩是高效的物质动态压缩方式,是开展材料高压压缩特性研究的重要手段.本文系统介绍了近年来基于神光III原型激光装置开展的整形激光直接驱动准等熵压缩研究工作:创立了凝聚态物质的准等熵压缩理论模型,改进了实验设计方法和数据处理方法,掌握了制靶工艺,开展了激光加载实验并在多种靶型中实现了数百GPa的准等熵压缩.实验获取的参数范围超过传统加载方式,数据质量达到国际先进水平.

5GPa内JO-9159炸药的磁驱动准等熵压缩响应特性

较宽压力范围内未反应炸药的动力学响应特性对于深入认识压缩波作用下炸药起爆热点形成机制具有重要意义。磁驱动准等熵压缩加载（无冲击压缩）是获取较宽压力范围内未反应炸药的动态压缩力学特性的有效手段。基于大电流产生的电磁力作用原理,在国内率先实现了炸药的磁驱动无冲击压缩实验技术,获得了5 GPa内JO-9159炸药在磁驱动准等熵压缩加载下的速度响应历史。利用一维流体动力学编码对加载过程进行了模拟,计算得到的粒子速度曲线与实验测得的粒子速度曲线符合较好。随着厚度的增加,样品与窗口界面处速度的陡度越来越大,加载期间样品应变率峰值在105~106/s量级,随着样品厚度的增加,应变率尖峰变窄、峰值增加。

磁驱动准等熵压缩下LY12铝的强度测量

高压高应变率加载下材料的强度研究一直是冲击动力学的一个难题,目前动态载荷下材料的高压强度测量主要是基于平板撞击技术,冲击温升和应变率效应对材料强度的影响难以分离.基于小型磁驱动加载装置CQ-4,开展了磁驱动准等熵压缩下LY12铝的声速和强度测量的实验研究,讨论了考虑加载--卸载过程时磁驱动压缩实验的负载电极设计、实验样品设计、数据处理与分析等内容,并获得了12GPa压力范围沿加载--卸载路径的声速变化和峰值压力点的强度数据.

准等熵压缩的数值模拟研究

就阻抗递变的多层组合飞片对靶样品的冲击压缩过程进行了一维平面应变数值模拟计算 ,其中 ,等熵线采用逐步递推法计算。以水和钽为靶的计算结果显示 ,这种多层组合飞片对水和钽均产生了很好的准等熵压缩效果。其中 ,对水的计算结果与国外文献报道的结果一致 ;计算的钽 /氟化锂窗口界面速度历史与实验结果十分吻合。因此 ,用适当匹配的多层组合飞片对靶样品产生准等熵压缩是可行的 ,提出的准等熵压缩的数值模拟方法是可靠的。

准等熵实验数据处理的反积分方法研究

目前准等熵压缩实验中仅能直接得到加载条件相同、厚度不同的平行样品的自由面/窗口界面速度历程.为得到固体样品内部的信息,在基于无黏流体反积分方法的基础上,对该方法进行了改进,修正自由面反射对应力波的扰动,加入流体弹塑性模型计算偏应力,通过优化调整等熵参考线方程中的参数,反演出了样品内部任意位置处的准等熵加载历史,得到了样品的热力学准等熵参考线.通过和已有的实验计算数据的比较,验证了反积分方法的可靠性,从而为准等熵实验提供了高效可信的反积分数据处理方法.

聚龙一号装置上铜的准等熵压缩线测量实验研究

以聚龙一号装置为驱动源,分别结合理论计算和电路模拟,开展了磁驱动平面加载实验设计和样品加载路径控制,实现了高电导率无氧铜(OFHC)材料的准等熵压缩。实验中采用现有的波剖面测量实验技术成功测量了两个不同厚度OFHC样品/LiF窗口材料的界面速度历史,再结合Lagrange分析和反积分计算,成功获取了铜直到100GPa的准等熵压缩参考线,与国外公布的SESAME数据线符合较好。

带窗口准等熵压缩实验的流场反演技术

在一维拉格朗日平面准等熵压缩流体力学的基础上,建立了带窗口准等熵压缩实验流场反演方法,给出了界面处压力历史的求法,编制了实现流场反演技术的程序,并与一般流体力学计算进行了比较;对Z575号实验给出的界面速度历史进行了反演计算,给出了的Al 6061-T6等熵压缩线。

磁驱动准等熵压缩下单晶氟化锂的光学特性

以"阳"加速器和PTS装置为驱动源,开了展单晶氟化锂(LiF,通光方向[100])窗口材料在准等熵压缩下的光学特性实验研究。应用全光纤激光多普勒探针系统(DPS,激光波长1550nm)同时测量了Ly12铝材料电极加窗和未加窗的后界面速度历史,结合窗口材料修正方法获取了单晶氟化锂窗口材料在实验条件下折射率随密度的变化和界面粒子速度修正因子。每次实验可获取窗口材料样品的连续加载历史数据,进而处理得到LiF窗口材料在近50GPa准等熵压力范围内的修正因子。结合拟合的线性关系,进一步处理获得了在实验过程中折射率随密度的变化。将这些实验结果与D.E.Fratanduono,Y.Ma,B.J.Jensen的对应数据比较,其中与光子多普勒测速系统(PDV,1550nm)测量结果基本相符,不确定度与多次冲击实验得到的结果相当。

磁驱动平面准等熵加载装置、实验技术及应用研究新进展

利用脉冲大电流装置产生随时间变化平滑上升的磁压力,实现对平面、柱面等不同结构样品的磁驱动准等熵(斜波)压缩,为极端条件下材料动力学研究提供了一种偏离Hugoniot状态热力学路径的加载手段。本文从磁驱动准等熵加载装置、实验技术、数据处理方法等方面综述了磁驱动准等熵加载技术研究近十年的新进展,评述了利用磁驱动准等熵加载技术和方法开展极端条件下材料高压状态方程、高压强度与本构关系、相变与相变动力学等方面研究的进展情况,展望了磁驱动准等熵加载技术发展及其在材料动力学、武器物理和高能量密度物理等方面的应用前景。

准等熵压缩流场反演技术研究

与一般流体力学计算中将流体力学方程组进行空间离散、再进行时间推进计算不同,采用Hayes提出的流场反演方法,将流体力学方程组进行时间离散,然后将VISAR测量得到的样品后自由面速度历史作为输入数据,再进行空间的反演计算。与一般流体力学计算进行了比较,并与柏劲松设计的Pillow飞片撞击铜样品实验的计算结果作了比较,该方法反演出的样品加载面处的压力历史与其计算结果基本一致,通过参数优化方法多次进行反积分计算调试出的等熵压缩线具有较高的可信度。

整形激光加载的一维准等熵压缩仿真

基于凝聚态物质等熵线推导了理想等熵假设前提下的加载压力和加载激光波形,进而将其作为输入条件,利用辐射流体力学程序MULTI开展了Al材料的一维准等熵压缩仿真,通过材料温度、压强、密度、粒子速度和熵增五个参量描述了准等熵加载的物理过程。结果显示得到了高等熵程度加载过程,可为即将开展的整形激光加载的准等熵实验提供参考。

40GPa压力范围内铜和铝的准等熵压缩线

基于自行研制的磁驱动准等熵压缩加载实验装置CQ-1.5,利用全光纤位移干涉仪(Doppler Pins System,DPS)、激光速度干涉计(Velocity Interferometer System for AnyReflectors,VISAR)两种测试手段,以及反积分数据处理方法,实验测量了40 GPa压力范围内T1铜、LY12硬铝和L1纯铝3种材料的准等熵压缩线,将实验准等熵压缩线与基于Grüneisen状态方程的理论等熵压缩线和冲击Hugoniot线进行了比较。结果表明,在该压力范围内,实验准等熵压缩线与理论等熵压缩线相一致,两者偏差小于3%;实验准等熵压缩线靠近冲击Hugoniot线,位于其下方,与国外文献发表的结果相同,进一步表明,实验测量结果正确可靠。

带空腔爆轰产物驱动准等熵加载技术与反积分数据处理技术

化爆加载技术常用来研究材料在冲击作用下的动态响应特性。通过在炸药与样品之间留一段空隙的办法,实现爆轰产物驱动的无冲击加载飞片技术用于研究材料在弱冲击或无冲击加载条件下的动态响应特性,利用二维程序模拟了整个实验过程,提出了装药直径对实验结果的影响。并利用反积分数据处理技术对实验数据进行了处理与分析。

激光驱动准等熵压缩实验研究

利用激光驱动的等离子体实现平面准等熵压缩是近年发展起来的一种新型动高压加载方式,同时也是目前加载应变率最高的准等熵压缩方式,该技术为研究材料准等熵压缩特性和物态方程提供了一条新的途径。探索了激光驱动下平面准等熵压缩的实验技术,在100J固体激光器上成功开展了金属样品的准等熵压缩实验,利用位移干涉测速技术获取了Al/LiF样品界面的速度历史,在样品中获得了接近500m/s的原位粒子速度,应变率达106s-1,准等熵压缩峰值约7GPa.

磁驱动准等熵加载下高导无氧铜的强度研究

基于磁驱动加载装置CQ-4,开展了TU2高导无氧铜(OFHC)材料在准等熵压缩下声速和强度测量的实验研究。讨论了磁驱动压缩测量材料强度实验的负载电极与实验样品设计、数据处理与分析等内容,并获得了25 GPa压力范围内OFHC沿加载—卸载路径的拉格朗日声速和峰值压力点的强度数据。

聚龙一号装置准等熵压缩实验负载优化研究

准等熵压缩实验技术已用来研究材料在高压下的状态方程。基于聚龙一号装置平台,实现对样品的准等熵压缩和超高速飞片发射,进行了一系列实验来加深对负载构型的理解。通过对负载结构的设计,研究了构设电极尺寸与电极间隙对磁应力的大小与分布的影响。基于模拟和实验结果,带状线负载结构可以很好地提高磁压和提升装置的运行水平,其电极表面磁压分布也具有良好的均匀性和平面性。目前为止,已经可以用带状线负载在聚龙一号装置上获得峰值压力高达约100GPa的准等熵压缩,并获得速度超过10km/s的超高速飞片。