磁场准等熵驱动飞片技术原理性实验研究

探索了磁场准等熵驱动飞片发射的实验技术,在FP-1装置上成功实现了多种尺寸飞片的驱动实验,并利用VISAR系统获得了飞片的速度历史曲线。在回路放电峰值为3 MA的情况下,获得飞片最高速度为797.3 m/s。初步获得了准等熵加载的原理性技术及其基本原理,促进了磁驱动准等熵加载、发射飞片实验技术,以及后续的物态方程研究的开展。

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。

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。

磁驱动准等熵加载下Z切石英晶体的折射率

基于CQ4脉冲功率实验装置开展了Z-切石英晶体在磁驱动准等熵加载下的窗口折射率修正关系研究.实验中采用激光波长1550 nm的双源光外差测速仪测量获得了Li F窗口和Z-切石英晶体窗口与不同厚度极板界面的粒子速度.利用反积分方法由实验测得的LiF窗口与极板界面粒子速度计算得到了极板的加载磁压力历史;以获得的磁压力为输入条件,采用LS-DYNA计算软件正向计算得到石英晶体窗口与极板界面的真实粒子速度历史.由实验获得的Z-切石英晶体窗口/极板界面表观粒子速度和计算得到的真实粒子速度,获得了Z-切石英晶体弹性极限内的连续的折射率修正关系,将其折射率修正关系的适用压力范围拓宽至14.55 GPa.表观粒子速度与真实粒子速度关系采用线性拟合时,折射率修正关系为n=1.087(±0.008)+0.4408ρ/ρ0,与冲击数据拟合的结果一致.由折射率实验数据对Z-切石英晶体的极化率分析认为,在其弹性极限压力范围内加载路径和温度对折射率的影响可以忽略.

带窗口磁驱动准等熵压缩实验模拟

在二维磁驱动数值模拟程序MDSC2中增加了LiF材料的材料参数和功能模块,使MDSC2程序具有了求解带窗口磁驱动准等熵压缩实验的能力。采用MDSC2程序,对大电流脉冲功率装置上的exp-3-window、exp-6-window带窗口磁驱动准等熵压缩实验进行了模拟。数值模拟结果表明,二维磁驱动数值模拟程序MDSC2能正确模拟带窗口磁驱动准等熵压缩实验exp-3-window和exp-6-window的全过程,模拟的飞片/窗口界面速度在飞片/窗口界面速度的上升阶段、峰值附近和卸载阶段与实验测量基本一致,验证了新程序的计算有效性。MDSC2程序对带窗口磁驱动准等熵压缩实验的正确模拟有助于磁驱动样品物性实验的研究。

直线变压器驱动源模块输出电流上升时间调节

针对磁驱动等熵压缩实验对加载电流波形的特殊需求,基于改造后的1 MA直线变压器驱动源（LTD）原理性模块,开展了输出电流上升时间调节实验研究.48只开关分为4组,由4根高压电缆引入触发脉冲分别触发,共进行了三组不同电缆长度组合的触发放电实验.结果表明：在±32 kV充电电压下,输出电流上升时间（0～100％）可由301.2 ns增加至436.0 ns,相应的输出电流幅度由294.0 kA下降至210.2 kA.实验还采用光纤探针阵列测试系统同时对其中40只多间隙气体开关的放电发光过程进行了诊断,获得了相应开关的闭合导通起始时间.基于实验参数,利用PSpice电路模型进行了校验,并对早期触发的支路组对后续触发支路组的影响进行了分析.实验初步验证了LTD模块内部子块通过分时放电实现输出波形调节的能力.

不同阻抗样品的磁驱动加载过程探讨

给出了一维磁流体力学的计算框架，对相同厚度的钽／铝样品和纯铝样品的磁驱动加栽过程进行了计算，得到了应力波和磁感应强度在两种样品相同位置处（以加栽面为准）的剖面和演化历程。计算结果表明，在铝样品的后界面组合钽样品会改变应力波剖面在铝样品中的上升速率和幅值，但不会改变磁场分布；与相同位置处的铝样品相比，应力波在钽样品中传播时有发展为冲击波的趋势，其磁场分布变化很大，但此时磁场的量级已非常小，磁扩散基本不起作用。

10MA多支路汇流装置上钽的强度实验研究

磁驱动准等熵加载技术通过电流产生的磁压力加载材料,加载路径由负载电流波形和负载结构决定。作为应变率介于静高压加载和冲击加载之间的新型实验技术,熵增小、温升低。10 MA装置是典型的多支路汇流装置,包括24个电流支路,可在较大范围内控制负载电流波形,实现mm厚、cm直径样品在不同应变率下的准等熵加载。基于10 MA装置,通过调节负载电流波形实现样品加载路径控制,在一定压力-应变率范围,开展金属钽的强度实验研究,获取了不同厚度金属钽样品的加-卸载波剖面速度历史,分析获得了钽在系列峰值压力下的强度数据,比较了多个加载平台不同加载路径下的强度数据,实验结果与美国圣地亚国家实验室的磁驱动准等熵结果接近(平均应变率都约为105 s−1),明显高于冲击加载的流动强度,低于准静态加载获取的流动强度,与应变率增高强度会有所下降的理论预测一致。基于多支路汇流装置,未来将可开展更为丰富的材料动力学特性实验研究。

磁驱动准等熵压缩铝物理量的数值分析

根据一维磁流体力学计算程序SSS/MHD的控制方程组,建立了磁驱动准等熵压缩台阶铝的计算模型,并对铝中的物理量变化过程进行了数值计算。在计算得到的电流和样品后界面粒子速度历程与实验测试结果相符合的基础上,分析了负载构型(样品)的动态电感变化、磁扩散规律,以及温度、密度、压力和速度等物理量的分布和变化规律。研究结果对深入认识磁驱动准等熵压缩物理过程和改进实验设计具有重要意义。

磁驱动等熵压缩和高速飞片的实验技术

固体材料的磁驱动等熵压缩(Isentropic Compression Experiments，ICE)是近几年发展起来的一种新型实验技术，目的是测量材料的等熵压缩线，可作为Grtineisen方程或其他理论物态方程的重要参考线，改进对偏离Hugoniot状态(off—Hugoniot)的认识。对于某些过程较长的爆炸装置，用等熵压缩描述其中材料状态的变化，可能更接近于真实的情况。