固体Hugoniot线上热压变化的研究

在冲击压力为0-500GPa范围内，应用点阵动力学和冲击波理论，对金属、离子晶体、矿物质等不同种类的固体物质的冲击压缩数据及其相应的热力学参数进行数值分析和理论计算，其结果表明：不同初始密度的固体物质，在一定冲击压力和孔隙率范围内，沿Hugoniot线的热压与总压的比值近似保持为一个常数，该常数的大小及其存在的冲击压力范围和孔隙率范围因物质不同而异．根据这一结论，从理论上验证了一个表征材料特性沿其Hugoniot线不随压力而变的经验常数的存在．

Hugoniot线上的一个经验常数——来自多孔材料Hugoniot数据的对比研究

对不同初始密度样品冲击压缩Hugoniot数据的系统分析显示,对每种固体物质而言存在一个表征材料特性的沿其Hugoniot线不随冲击压力而变的经验常数β。β的数值随材料而异。对金属元素而言,该经验特性常数β与初始密实密度ρ0之间遵循同一个幂指数关系。利用该常数β,可很方便地对不同初始密度的Hugoniot数据进行换算,并可以很方便地获得Gr櫣neisen参数。还对β值为常数的适用范围作了讨论。

200 GPa压力范围内铝和铜的等熵压缩线计算

将冲击Hugoniot线作为Grüneisen物态方程的参考线,以冲击的初始状态为参考状态,推导得到线性和二次曲线表示的冲击绝热线所对应的等熵压缩线方程,计算了200 GPa压力范围内铝和铜两种材料的等熵压缩线,并且计算了以Hugoniot关系为基础的Appy经验物态方程导出的等熵压缩线。计算结果表明,以Appy经验物态方程导出的等熵压缩线与以线性冲击绝热线导出的等熵压缩线接近,在200 GPa压力范围内两者相差不到1.5%。将计算得到的铝的等熵压缩线与美国Sandia实验室ICE实验Z864数据进行了比较,由线性Hugoniot得到的等熵压缩线与实验数据相差不到1%,由Appy经验物态方程得到的等熵线与实验数据几乎重合,说明在200 GPa压力范围内,以Appy物态方程和以线性Hugoniot为参考来计算的等熵压缩线有较高的精度。

FeMnNi合金的冲击相变和层裂特性的实验研究

对FeMnNi合金进行了轻气炮平板撞击实验研究,实验中材料发生了相变和层裂。得到的FeMn-Ni合金的相变阈值压力为6.3-6.9 GPa,远低于纯铁的相变阈值压力13 GPa,说明Mn、Ni合金元素的加入会极大的降低相变阈值。回收试样观测表明,当应力高于FeMnNi合金的相变阈值时,样品中可能产生二次层裂现象和浅表层裂新现象。实验结果还表明该合金相变后层裂强度没有明显的提高。

分层材料的不同排列次序对透射冲击波强度的影响

本文分析了分层材料的不同排列次序对冲击波透射效果所产生的影响 ,提出了削减爆炸冲击波透射强度的最优化排列次序的选取方法 ,并用该法对坦克装甲双层内衬材料的排列结构进行了讨论 ,结果表明该法对抗爆震结构的设计将有十分重要的指导意义。

铝锂合金材料状态方程的研究

多数材料是应变率正敏感的 ,其屈服应力随着应变率的增加而提高 ;但是在应变率相关的动力学实验中 ,发现铝锂合金是应变率负敏感的 ,具有明显的冲击韧性特征。为了全面认识该种材料的动态力学行为 ,有必要进一步研究其在较高压力下的冲击压缩性能。通过轻气炮实验 ,测量了靶板自由面质点速度时程曲线等相关参量 ,得到了材料的D u型Hugoniot线。实验揭示了在突加载荷作用之下 ,在应变率负敏感的铝锂合金材料中可出现类似于弹塑性材料中的双波结构 ,从而证明了所提出的“极限应变率负敏感粘塑性材料”这一概念的合理性。最后 ,在弱激波假设的前提下 ,推导了材料Hugoniot方程与Murnagham状态方程之间的关系 。

钽铌合金材料的冲击压缩特性研究

对一种新型的钽铌合金材料进行了冲击压缩特性实验研究,通过超声测量得到了其常态下的横波和纵波声速,进而计算得到了其相关的一些静态力学参量。通过二级轻气炮加载技术,得到其在60-196 GPa压力范围内的冲击Hugoniot线。这一测量结果与混合物叠加法估算的结果符合较好,并将这种新型合金材料的力学特性与两种钨合金材料进行了简单对比。比较结果显示,Ta-Nb合金材料是一种具有较好工程应用前景的材料。

新型高碱玻璃布材料状态方程的研究

高碱玻璃布材料在航空航天领域有着较广泛的应用,其高压力学性能的研究逐渐受到人们的关注。针对一种新型高碱玻璃布材料,通过轻气炮实验进行冲击压缩力学性能研究。采用非对称碰撞直接测量法测量并计算激波速度(D)与波后质点速度(u)的D-u型的Hugoniot曲线,并以Hugoniot曲线为基础建立该材料的Grüneisen状态方程,求得相应的材料参数。