用双灵敏度VISAR测量铜飞片自由面速度

用双灵敏度VISAR干涉仪测量了在冲击波和爆轰波驱动下 ,铜飞片自由面的连续速度。干涉仪有两种条纹常数 ,每个条纹常数和相应的条纹计数同时用于产生一个速度历史。通过比较两个速度历史并结合其它条件 。

用光学记录速度干涉仪测量自由面速度

建立了一套光学记录速度干涉仪系统(ORVIS),用于测量强激光产生的冲击波状态方程中的自由面速度。该光学记录速度干涉仪系统的时间分辨率为179 ps,可以测量自由面速度随时间变化的整个过程。在天光KrF高功率准分子激光装置上进行激光打靶实验,激光波长248.4 nm,脉冲宽度25 ns,最大输出能量158 J。在激光功率密度为6.24×1011W.cm-2的条件下,测得厚20μm铁膜的自由面速度可达3.86 km/s;在激光功率密度为7.28×1011W.cm-2条件下,100μm铝膜(靶前有100μm的CH膜作为烧蚀层)的自由面速度可以达到2.87 km/s。

内聚爆轰加载下金属圆管的自由面速度测量初探

利用不等长"刺猬"状电探针布局方法,对滑移内爆加载下金属圆管的自由面(内表面)速度历程作了探索性测量,获得了不同装药厚度下自由面粒子速度v随空间半径R的变化关系,并对结果进行了简单讨论。数据分析初步显示了装药厚度对钢管自由面粒子速度的影响;针对40mm厚硝基甲烷装药条件下实验所得的初始自由面速度v0比基于CJ理论的理论值高,用"爆压增长现象"进行了初步解释。上述工作为进一步开展内爆驱动轴对称结构运动的定量测量奠定了基础。

关于自由面速度剖面解读层裂问题的几点商榷

基于对层裂问题的理解和相关文献,就自由面速度剖面解读层裂问题的局限性提出了一些看法。指出:自由面速度剖面测量给出的层裂破坏过程是间接信息,而不是直接信息,用它确定的理论模型和数值模拟参数,也许并没有真实地反映层裂过程的物理本质;层裂强度常被人们用来表征材料在高应变率下的抗拉伸能力,但是在目前的层裂强度计算公式中没有考虑损伤介质对波剖面传播的影响,使得计算结果明显偏低;传统的单点测量得到的结果有很大的局限性,对于层裂问题,采用概率评估或者置信度评估,也许更符合真实情况。建议:为了全面真实地评价层裂问题中的物理、力学过程,应该加快发展更多的实验探测和诊断技术,尤其是对内部损伤状态的观测。

爆轰驱动金属半球飞层自由面速度的测量

钝感炸药爆轰产物驱动金属飞片的研究工作直接同武器设计相联系。为探索研究爆轰产物驱动金属飞片的运动规律及金属材料本构关系对爆轰产物驱动飞片自身飞行的影响，用任意反射面速度干涉仪VISAR（Vclocity Interfcrometer Systcm for Any Rcflector）对不同厚度的铜半球飞层上多个点的速度历程进行了测量，得到了飞层运动的速度-时间曲线，给理论分析提供了实验数据。

延性金属层裂自由面速度曲线特征多尺度模拟研究

以延性金属钽为研究对象,对钽在平板撞击下的层裂行为进行了多尺度下的数值模拟研究,从微观视角对自由面速度曲线上的典型特征进行了新的解读。在宏观尺度,对比分析了光滑粒子流体动力学法(smootfied particle hydrodynamics,SPH)与Lagrange网格法以及几种本构模型的模拟结果及其适用性。通过与实验数据的对比表明,Steinberg-Cochran-Guinan本构模型在层裂模拟中与实验数据吻合较好,通过改变加载条件获得了不同应变率下的自由面速度曲线,分析了不同应变率下的自由面速度曲线中的典型特征。在微观尺度,采用分子动力学方法获得层裂区域内损伤演化情况,揭示了宏观尺度自由面速度曲线典型特征所蕴含的物理内涵。分析表明,层裂表现为材料内部微孔洞形核、长大和聚集的损伤演化过程,自由面速度曲线上的典型特征与层裂区域的损伤演化过程存在密切关联。Pullback信号是层裂区域内微孔洞形核的宏观表征;自由面速度曲线的下降幅值在一定程度上反映了微孔洞的形核条件,由此计算得到的层裂强度实际上是微孔洞的形核强度。此外,Pullback信号后的速度回跳速率反映了微损伤演化的速率。

用激光混频技术测量抛射体和靶样品自由面速度

介绍一种利用激光多普勒效应连续测量抛射体和靶样品自由面速度变化的装置。该装置是对位移式干涉仪的改进，利用空间角度效应可使两光束差频减小1～3个量级，因而极大地扩大了测速范围。

延性金属层裂自由面速度曲线物理涵义解读

对延性金属层裂自由面速度曲线上典型特征所蕴含的物理涵义进行了新的解读.揭示了自由面速度曲线上宏观响应特征和微孔洞成核、长大和聚集的微损伤演化动力学之间的关联:Pullback信号的临界点对应于微孔洞的成核,Pullback幅值表征了损伤成核或起始的条件——成核强度;Pullback信号之后的回跳斜率代表了损伤演化速率,Pullback信号后速度回跳幅值从一定程度上反映了损伤程度;Pullback信号之后的振荡周期模式反映了损伤的局域化状态.

高纯铝层裂的自由面速度剖面特征分析

采用任意反射面激光干涉测速(VISAR)系统,对高纯铝(纯度为99.999%)材料开展了层裂实验研究,获得了未完全层裂和完全层裂样品的自由面速度剖面。基于实验测量中观察到的层裂回跳(Pullback)信号的脉冲宽度、速度幅值差异以及回跳信号上升过程中的两次速度斜率变化特征,详细讨论了高纯铝材料从出现损伤到完全断裂的过程中波剖面演化的行为特征。结合"软回收"样品的细观分析,指出这些自由面速度变化特征可能与材料中应力波的能量释放速率以及材料中晶粒的断裂行为密切相关。研究结果可以为延性金属损伤断裂的演化过程提供有意义的认识。

多点双灵敏度VISAR测爆轰驱动金属飞层自由面速度

为探索爆轰产物驱动金属飞层的运动规律，用多点双灵敏度VISAR对金属半球三个不同角度的速度历程进行了测量，得到飞层运动的速度-时间曲线，为理论分析与数值模拟提供了条件。

自由面被烧蚀磁驱动飞片的数值模拟

为了理解磁驱动飞片自由面烧蚀的机理、自由面被烧蚀后飞片的物质状态、自由面被烧蚀后激光速度干涉仪(VISAR)测量的机理等,采用磁驱动数值模拟程序MDSC2对聚龙一号装置上PTS-151发次磁驱动飞片实验中370μm厚飞片进行了模拟和分析。数值模拟表明,334ns之前飞片自由面部分保持固体状态,334ns之后飞片自由面部分已经熔化,到340ns后整个飞片都被熔化。飞片自由面烧蚀的主要机制是电流焦耳加热,热扩散和压缩做功的贡献很小。数值模拟的固体密度反射面速度历史和VISAR测量的速度历史一致。飞片自由面熔化后,VISAR测量的速度是距离自由面最近的固体密度反射面的速度。

孔洞增长层裂模型的改进及其在模拟不同加载波形层裂实验结果方面的应用

冲击波在靶板自由面反射导致靶板材料内部产生动态拉伸层裂损伤是材料的典型损伤破坏形式之一,材料的初始微结构、冲击加载的强度和应变率、温度等因素直接影响材料内部的损伤演化过程。靶板自由面速度曲线变化间接反映材料内部损伤的演化过程,在层裂损伤物理模型研究方面,目前采用适宜的层裂损伤模型较好地模拟不同冲击加载波形下靶板自由面速度曲线的相关文献很少,主要借助实验手段探讨加载波形与自由面速度曲线变化以及层裂损伤演化过程之间的关联。对于孔洞增长层裂损伤模型,通过解析加载应变率与层裂强度以及损伤模型初始损伤参数之间的相互关系,给出了模型初始损伤参数的计算方法,有效地将损伤模型初始损伤参数与加载应变率关联在一起。该计算方法不仅可以较好地模拟方波、三角波以及泰勒波冲击加载铝材料层裂实验的自由面速度曲线,同时,计算得到的层裂强度和层裂片厚度也与实验结果符合。此外,还进一步分析了靶板内部不同位置的初始损伤、层裂强度的分布与应变率之间的关联,以及其对自由面速度曲线的影响。

“阳”加速器磁驱动平面飞片实验和速度计算校验

脉冲功率驱动源作为磁驱动加载的重要手段,通过调整其电路参数可调节负载电流波形,实现对样品无冲击准等熵加载。在"阳"加速器上,开展了一系列轴对称结构和带状结构构型的磁驱动平面飞片发射实验,电极材料采用不锈钢和LY-12铝。实验中测量了进入负载的电流历史和电极后自由面速度历史,并通过时序控制将两者时间关联起来。本文以测量到的电流历史数据为基础,引入负载电流分布系数,并结合已知的LY-12铝的状态方程数据,计算电极后自由面速度历史和飞片速度历史。通过实验测量自由面速度历史校验负载各个位置的电流分布系数。另外,基于装置参数和实验数据确定了考虑负载电感变化的装置等效电路模型,形成了计算样品压力加载历史和电极后自由面速度历史估算程序。此外,初步分析不同厚度电极的自由面速度历史,获取了电极材料的准等熵加载波剖面信息,观察到一系列准等熵加载下材料动力学性能引起的物理现象。

用于状态方程测量的光学记录速度干涉仪系统

研究建立一种光学记录速度干涉仪系统(ORVIS),用于激光产生冲击波研究物质状态方程实验中的参数测量。系统时间分辨率可达几十ps,最高可测量几十km/s的速度。该系统为自由面速度和粒子速度的测量提供了一种重要的诊断手段。

冲击加载下K9玻璃中预制缺陷对样品后界面速度影响的数值模拟

用数值模拟方法研究K9玻璃中的预制缺陷对自由面粒子速度的影响。K9玻璃以317m／s速度碰撞带有缺陷的K9玻璃靶板，自由面粒子速度历史曲线表明没有破坏波出现，计算结果和实验结果符合较好。同时模拟研究了缺陷位置和缺陷大小对自由面粒子速度的影响，计算结果表明，不同位置和大小的缺陷对自由面粒子速度影响较大。

磁驱动飞片二维磁流体力学数值模拟

针对磁驱动高速飞片发射技术,建立了磁驱动飞片的二维磁流体力学数学模型,并考虑了焦耳热对飞片的影响。在四边形网格的基础上,采用算子分裂法,把磁流体力学方程依次分成热扩散、磁扩散、理想流体力学三个物理过程进行求解,研制了磁驱动飞片二维磁流体力学数值模拟程序。对美国Sandia国家实验室Z装置上的一个磁驱动飞片发射实验进行了数值模拟,并分析了不同时刻焦耳加热对飞片的烧蚀情况,计算得到的飞片自由面速度曲线与实验激光速度干涉仪测量的结果相吻合。

“聚龙一号”装置上磁驱动铝飞片实验的数值模拟

采用二维磁驱动数值模拟程序MDSC2,对大电流脉冲装置"聚龙一号"上的151发次磁驱动370μm厚铝飞片实验、164发次磁驱动330μm厚铝飞片实验进行了数值模拟和分析。数值模拟表明:370μm厚铝飞片和330μm厚铝飞片的磁驱动过程中,VISAR测量的速度不是飞片自由面的速度,而是飞片中邻近自由面最近的固体反射面的速度。这是由于磁驱动飞片发射过程中,飞片自由面部分被烧蚀,密度低于固体密度状态,而飞片自由面和加载面中间的飞片还保持固体密度状态。VISAR测量的激光将穿过自由面的低于固体密度状态的飞片部分,到达飞片自由面最近的固体密度位置再反射回去,获得这一位置的飞片速度。数值模拟的飞片固体反射面速度历史和VISAR测量的速度历史相吻合。

磁驱动平面飞片的一维磁流体力学计算

建立了电磁驱动平面飞片的一维磁流体力学模型,考虑了焦耳加热的影响,并对Sandia实验室Z装置上开展的一个实验进行了模拟计算,与实验结果的比较表明,计算给出的样品自由面速度历史曲线与实验VISAR测量的结果基本一致。还分析了焦耳加热对飞片的烧蚀情况,并分析了磁场穿透深度,给出了不同厚度飞片自由面的速度历史曲线。

HR2钢及几种铁基材料的冲击相变行为

利用双灵敏度VISAR测量了抗氢钢HR2、工业纯铁DT2和铁锰镍合金FeMnNi在一维应变冲击载荷下的自由面速度历史,结合受载样品的回收分析对其动载行为和断裂表现进行了分析。研究表明,在实验加载压力范围内DT2和FeMnNi样品的自由面速度历史呈现包括相变波在内的典型三波结构,而对HR2钢,尽管金相分析显示其加载前后样品的相组织已发生变化,但速度剖面呈现的仅是典型的弹塑性双波结构。分析认为溶质材料成分和初始相组织是无相变波的主要原因。从冲击相变和卸载逆相变角度解释了在等厚靶碰撞时DT2和FeMnNi材料中出现的多重层裂、浅表层裂现象。

强爆轰驱动飞片的数值模拟研究

在一维流体动力学程序中,使用了JWLT状态方程,对强爆轰驱动飞片的实验模型进行了数值模拟研究,得到了炸药爆轰产物的压力和密度分布,验证了强爆轰的存在,同时得到了二级飞片自由面的速度曲线,与实验测量结果符合较好,为解释实验结果和设计新的强爆轰实验提供了计算依据,同时验证了程序的正确性。