不同波形加载下[100]单晶铝层裂破坏的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法模拟了[100]单晶铝在等冲量斜波和方波作用下的形变和层裂行为,分析了加载波形与层裂行为之间的相关性。研究表明,脉冲形状与热力学路径的协同作用影响了材料层裂。不同加载波形下单晶铝层裂强度的差异并非受缺陷主导的非均匀孔洞形核影响,而是由不同热力学路径下温升的差异决定。例如:当最大加载速度为3.00 km/s时,单晶铝均经历均匀层裂,但斜波加载下铝的层裂强度较方波加载时提升56.6%。斜波加载会产生逐渐增强的压缩波,使单晶铝产生相比于冲击加载更轻度的损伤。这一现象随着加载速度的提高而变得更加显著。

非冲击点火反应驱动的吉帕级缓前沿斜波加载技术

为研究在吉帕、十微秒级缓前沿斜波作用下压装PBX炸药基体中微介观热点点火行为,设计了一种强约束压装PBX炸药非冲击点火反应驱动的斜波加载装置,基于炸药层流燃烧的燃速模型和自编的二维轴对称有限差分程序对装置输出的压力波形特性进行了分析,讨论了燃烧过程中加载炸药破碎程度和装置结构参数(壳体和隔层厚度)对输出波形的影响。计算结果表明,加载炸药破碎形成的燃烧比表面积大小是影响非冲击点火反应压力演化的关键因素,燃烧比表面积越大,输出的斜波压力越大,峰值压力可达吉帕以上,对应的压力上升前沿可从数十微秒降至数微秒。加载炸药外部壳体厚度即约束强度对非冲击点火反应产生的压力大小影响显著,壳体越厚输出的斜波压力越大。加载炸药与受试炸药之间的隔层厚度直接关系到输出至受试炸药处的斜波压力大小,随着隔层厚度的增大,输出的斜波压力以近似指数的关系衰减。参考计算结果完成了装置的结构设计,对受试PBX炸药进行了斜波加载实验,采用PVDF测得受试炸药入射界面处的压力为1.6 GPa、前沿宽度为25µs,初步证明了采用强约束压装PBX炸药非冲击点火反应实现吉帕、十微秒级斜波压力输出的可行性。

宜昌砂岩三角波加载段变形速率预测模型研究

以RMT–150C岩土力学试验系统为试验平台,以宜昌砂岩为研究对象,开展三角波加载段变形速率预测模型的研究。将加载过程分为滞后时间段和非滞后时间段,建立分类标准。鉴于在滞后时间段中,可能出现E(t)>>E或E(t)<0的现象,提出表观弹性模量的概念。通过对同一岩样在不破坏情况下进行不同波形不同频率的轴向力加载试验成果分析,确定表观弹性模量和即时垂向力的线性关系,并给出相关参数的物理意义。在此基础上,首先建立非滞后时间段三角波加载段变形速率预测模型,结合加载模式和相关参数给出算例,同时根据试验数据,给出滞后时间段的预测模型。对比研究发现,计算模型的预测变形速率和应力–应变曲线与实测值精确吻合,表明预测模型的合理性。

三角波卸载段作用下钙质砂岩毫秒量级变形速率预测模型研究

针对现阶段岩体循环加载下力学响应研究中的不足之处,以宜昌地区钙质中-细砂岩为研究对象和以RMT-150C岩土力学试验系统为试验平台,开展了毫秒(ms)量级三角波卸载段变形速率预测率模型研究。将卸载过程分为非滞后时间段和滞后时间段,给出各段判别依据,提出所需相关参数。定量指出滞后时间段带来的影响,给出滞后时间段的预测模型。在非滞后时间段提出表观弹性模量的概念,试验数据分析表明未出现加载破坏前,岩样表观弹性模量和即时垂向力始终保持线性关系。在该基础上建立三角波卸载段非滞后时间段的变形速率预测率模型模型,由于加载仪器不能精确输入三角波,将加载速率平均值修正和载荷速率中加入常数项修正后,该模型的预测变形速率和应力-应变曲线与实测值精确吻合,表明所建模型的合理性。

弹性杆稳定性动力分析与应力波加载杆的动力屈曲

对轴压直杆的稳定性进行了动力学分析。分析表明,屈曲运动方程的解依动力学参数取值范围不同有3种情况,分别相应于稳定平衡、中性平衡和不稳定平衡。进而,对于两端简单支承的直杆直截了当地得到动力学参数对轴向载荷的依赖关系;若引入初始缺陷,与放大函数法相结合,便可找到最优发展模态。接着讨论了应力波加载引发的动力屈曲,为这一复杂问题的分析提供了某些有益的启示。

RDX单晶炸药的冲击-斜波加载实验研究

基于磁驱动加载装置CQ-4,完成了冲击-斜波复杂加载实验设计,开展了RDX单晶(210)、(100)两个晶向在不同加载压力下的冲击-斜波压缩实验,获得了RDX单晶样品与LiF窗口界面的速度历史曲线和纵波声速。实验结果显示:速度波剖面可分为冲击压缩、斜波压缩和卸载3部分;当冲击压力较高时,冲击压缩段中不再出现弹塑性转变以及4 GPa附近相变的速度特征波形;当冲击压力较低时,在冲击压缩段观测到了弹-黏塑性波形。

35 GPa斜波加载下RDX单晶炸药的动力学行为

利用磁驱动斜波加载10 MA装置和激光干涉测速技术,开展了35 GPa压力下(100)晶向RDX单晶炸药的斜波压缩实验,获得了RDX单晶/LiF单晶窗口界面速度数据。实验结果显示,速度波剖面表现为明显的三波结构,由低到高依次对应弹性波、塑性波和相变波,α-γ相变的起始压力为3.1 GPa。结合修正的多相状态方程和非平衡相变动力学模型,对RDX单晶炸药的斜波压缩过程开展一维流体动力学数值模拟,模拟结果与实验结果基本一致。

HTPB在高应变率斜波加载下的动力学响应

利用磁驱动斜波压缩加载实验技术,开展了以甲苯二异氰酸酯(TDI)为固化剂的端羟基聚丁二烯(HTPB)样品在斜波加载下的动力学响应实验研究,实验峰值压力1.2 GPa。实验利用激光干涉测速技术获得了三种不同厚度的HTPB样品在斜波压缩加载下的速度响应曲线。对实验结果进行Lagrange数据分析处理,得到了HTPB样品的声速-粒子速度曲线和应力-比容关系。基于该应力-比容关系和实验获得的加载压力历史曲线,对斜波压缩实验进行了一维流体动力学模拟计算验证,模拟计算很好地再现了HTPB样品在斜波压缩加载下的动力学响应实验结果。研究结果显示,0~1.2 GPa压力范围内,HTPB样品的拉格朗日声速表现为线性行为,实验的应变率为2×10~5~1×10~6s^(-1),随着样品厚度增加,加载应变率随之增加,实验结果未见明显应变率效应,与文献冲击加载实验结论一致。

基于周期性加载慢波结构的双频Wilkinson功分器的设计

针对传统Wilkinson功分器尺寸大且工作频率只局限于基波及其奇次谐波的问题,通过采用级联两条不同特性阻抗的周期性电容加载的传输线代替传统的1/4波长阻抗变换器,并结合RLC并联谐振网络,设计一种适用于任意两个频率的Wilkinson功分器,从而显著减小了功分器的尺寸。最后基于FR4基板,设计应用于900 MHz和1.8 GHz的双频Wilkin-son功分器。测量结果显示,功分器的三端口电路匹配良好,在900 MHz,S11约为-25 d B,S22约为-26 d B,S21约为-3.23 d B;在1.8 GHz,S11约为-23 d B,S22约为-17.5 d B,S21约为-3.39 d B;在两个频点下,输出端口的隔离度分别为-27 d B和-23 d B,仿真结果和测量结果吻合,验证了该方法的可行性和实用性。

减小LLC谐振变换器空载输出电压纹波的一种新方法

为解决LLC谐振变换器的空载稳压问题和降低空载损耗,通常让LLC变换器在接近空载下运行在打嗝模式,但打嗝模式会引起较大的空载输出电压纹波。分析了轻载打嗝模式输出纹波过大的原因,总结了一种在解决实际产品轻载问题中探讨得出的低成本实用化的新解决方案,既通过打嗝模式解决了空载电压稳定问题、降低了空载损耗,又大大减小了该模式下的输出电压纹波,经实验验证并应用到实际产品中,取得了良好的效果。

介质加载环板慢波结构高频特性研究

提出了一种适用于环板结构的计算等效相对介电常数的方法,利用变分法导出了介质加载环板慢波结构的色散方程和耦合阻抗表达式。计算结果表明,介质加载能够有效降低环板慢波结构的工作电压。计算结果与CST-MWS的模拟结果吻合良好,说明所提出的计算等效相对介电常数的方法和计算色散方程的方法对环板慢波结构是切实可行的。

斜波压缩下锡的相变和层裂行为

获取不同热力学路径下锡的动态响应实验数据,是深入研究其相变和损伤物理过程的基础.利用小型磁驱装置CQ-4完成了金属锡的斜波加载实验,获取了锡含有相变和层裂损伤物理信息的实验数据.实验结果显示,在加载段锡依次经历了弹塑性转变和β-γ相变两种物理过程,屈服强度约0.194 GPa,相变压力随着锡厚度的增加从7.54 GPa减小到7.14 GPa.在卸载段出现了明显的层裂损伤,层裂强度约1.1 GPa,与相同加载压力下冲击实验结果有巨大差异,层裂片厚度约0.38 mm.结合由锡的多相Helmholtz自由能计算的多相状态方程、Hayes相变动力学方程和损伤度理论,对斜波压缩实验过程进行一维流体动力学数值模拟,计算结果可以很好描述锡的弹塑性转变、相变和层裂三个物理过程.

基于电力载波通讯的物联网应用研究

物联网作为物联网的重要组成部分,具备巨大市场应用背景,基于电力载波通讯的物联网应用研究在现阶段逐渐引起关注。本文阐述了基于电力载波通讯的物联网应用相关概念,提出了物联网的信息传输可采用电力载波通讯来实现,就其可行性并辅以相关应用案例,进行了研究分析。

船载雷达测波仪的设计鉴定试验方法研究

目前国内对船载雷达测波仪的性能评价和研究较少,而且基准仪器误差和雷达测波仪误差通常在一个数量级,所以讨论其设计鉴定方法具有重要作用。该文通过分析国外同类产品的设计鉴定方法以及外场试验开展数据采集的环境要求,提出国内船载雷达测波仪设计鉴定试验的主要技战术指标性能实验安排和数据处理及指标评定方法,并利用设计的鉴定试验来验证该方法的有效性。试验结果表明:试验方案考核的船载雷达测波仪的主要技战术指标能够满足鉴定试验要求,可以为国内船载雷达测波仪设计鉴定试验提供指导和建议。

基于“钉床型”飞片的斜波加载技术及应用

为了实现斜波加载,设计了一种“钉床型”广义波阻抗梯度飞片,即在基座上密排叠加许多小圆锥,简称“钉床型”飞片。该飞片采用激光选区熔化金属增材制造技术进行制备。利用一级轻气炮加载装置和全光纤激光位移干涉测试系统,开展不同工况下“钉床型”飞片高速击靶压缩实验和层裂实验,重点讨论小圆锥高度和撞击速度对斜波压缩加载波形的影响规律,以及斜波加载对不锈钢靶板层裂特性的影响。实验结果显示:(1)“钉床型”飞片对靶板产生的压缩是逐步的,从自由面速度剖面上观察到压缩波上升前沿时间被显著延长,形成了斜波波阵面,明显不同于冲击压缩的陡峭波阵面;(2)在飞片击靶速度近似恒定条件下,斜波波阵面的上升沿时间、平台速度峰值都明显依赖于“钉床型”飞片上的小圆锥高度,随着小圆锥高度增大,上升沿时间呈线性增大,而平台速度峰值呈线性减小;(3)在“钉床型”飞片的几何尺寸保持不变的条件下,斜波波阵面的上升沿时间随着飞片击靶速度的增大而线性减小,平台速度峰值则线性增大;(4)与冲击加载相比,“钉床型”飞片产生的斜波加载不会对材料的层裂强度产生明显影响,但对材料内部损伤演化速率有一定的影响。

太赫兹波段Smith-Purcell辐射的介质加载光栅高频特性

提出了一种用于Smith-Purcell效应器件的介质加载光栅慢波结构,通过研究该结构的注-波互作用过程,推导出带电子注的色散方程,并数值求解出波的线性增长率.利用色散方程,结合电磁场传播的边界条件,推导出Smith-Purcell效应振荡器工作所需的起振电流.详细研究了高频结构长度、电子注主要参数和介质相对介电常数对起振电流的影响,并与普通金属光栅结构进行了比较.结果表明:保持其他参数不变时,高频结构长度越短,起振电流越大;保持高频结构参数不变时,起振电流随电子注厚度和注-栅距离的增大而增大,随电子注电压的增大而减小;与金属光栅相比,介质的引入提高了注-波互作用的增长率,有效减小了振荡器的起振电流.理论计算结果与软件CHIPIC的模拟结果比较符合.

W波段矩形槽加载双注折叠波导行波管的研究

分析了传统槽加载折叠波导慢波结构的缺点,改进为平滑过渡矩形槽加载慢波结构,通过电磁仿真软件HFSS对该结构的色散特性和耦合阻抗等高频特性进行了数值模拟分析,研究了槽宽对高频特性的影响。设计了一支工作频率在92-95.6GHz的双注槽加载折叠波导行波管,工作频率为94GHz,输入功率为100m W时,饱和输出功率为235W,电子效率高达7.73%。

隧道压力波模拟加载系统遗忘开闭环高阶控制

为研究高速列车通过隧道时产生的压力波对车体气密性和车内压力舒适度的影响,建立隧道压力波模拟加载系统。该系统具有非线性、多扰动、多容耦合以及加载的压力波幅值大和变化剧烈等特点,带来控制速度和精度上的难度。为准确模拟加载隧道压力波,采用遗忘开闭环高阶迭代学习控制算法进行控制,利用AMESim和Simulink联合仿真平台进行控制仿真,并对比几种不同学习律的控制效果。仿真结果表明:遗忘开闭环高阶学习律在第7个周期时,压力控制最大误差绝对值已降低到0.358 2 kPa,相对于开环PID和遗忘因子开环PID型学习律的1.23 kPa和0.946 2 kPa,分别减少70.87%和62.14%,该算法可增加系统稳定性,使得隧道压力波的加载更加快速准确。

Ka波段H型翼片加载螺旋线慢波结构的研究

提出了一种H型金属翼片加载的新型螺旋线慢波结构。利用三维电磁仿真软件HFSS对该慢波结构和常规螺旋线慢波结构的高频特性进行了分析对比,基于螺距跳变技术采用2.5维大信号互作用程序对Ka波段螺旋线整管注-波互作用进行模拟。结果表明该慢波结构的色散曲线平坦,整体耦合阻抗值较大;在26.5 GHz-40 GHz内输出功率大于210W,电子效率大于12%,增益波动小于3.8d B。

斜波压缩下锡的相变动力学特性

利用磁驱动加载装置(CQ-4)和高精度速度测试装置(DPV),开展了斜波加载下锡的动态压缩实验。实验结果表明:锡在加载阶段经历了弹塑性转变和相变等物理过程,相变压力约为7.5 GPa。β–γ相变对应的特征速度随着锡厚度的增加,从676.3 m/s减小到636.8 m/s,对应的压力从7.62 GPa降低到7.11 GPa。结合Hayes多相状态方程和非平衡相变动力学模型,对锡的斜波压缩实验过程进行了模拟,数值计算结果可以较好地描述锡在加载阶段的弹塑性转变和相变等物理过程。讨论了体模量在不同热力学过程中的物理形式,计算结果显示,斜波压缩过程需考虑压力对体模量的修正。分析了相变弛豫时间、体模量等典型物理参数对速度波形的影响,结果表明,相变弛豫时间和各相初始自由能主要影响混合区部分速度波形,γ相的体模量参数只影响相变后的速度波形,β相的体模量参数会影响整体速度波形。