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。

高温高压下UH_(3)结构稳定性及其冲击分解

利用统计物理模型构建了UH_(3)晶体及其化学分解产物的状态方程,通过比较Gibbs自由能获得了UH_(3)的高温高压相图,并将其应用于疏松和密实UH_(3)冲击压缩性质研究中。结果表明:等温压缩下,UH_(3)晶体在压力约74.0 GPa时发生化学分解,提高温度有助于化学分解的发生,但压力对UH_(3)化学分解相边界的影响是非单调的;冲击加载下,密实UH_(3)在35~50 GPa压力范围内发生化学分解,并且由于冲击分解伴随着明显的体积塌缩,分解产物的雨贡纽曲线位于等温压缩线下方,曲线位置关系反常;UH_(3)的冲击分解压力随着疏松度的增大而减小,当UH_(3)材料的初始疏松度为1.5时,在化学分解转变压力范围内,UH_(3)的分解产物比UH_(3)晶体更难压缩,表现出类似大疏松度材料在冲击作用下的“反常膨胀”现象。研究结果丰富了对UH_(3)材料动态压缩特性的认识,为锕系金属氢化物的高温高压物理化学性质研究提供了理论参考。

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。

动态载荷下材料多尺度结构与物性专题·前言

动态载荷下材料的性能与结构是工业领域广泛关注的应用问题,也是国家现代产业升级和制造业创新的科学基石。由于该方向的研究具有广泛的应用指导意义,因此,动态载荷下材料的多尺度结构与物性是现代材料学、应用物理学和高压科学领域的重要基础科学前沿。

一种适用于复杂加载状态下微喷射物质面密度测量的Asay膜方法

为了解决传统Asay膜方法不适用于复杂加卸载条件下微喷射物质面密度测量的问题,采用光子多普勒速度计(photonic Doppler velocimetry,PDV)测量微喷射物质速度结合传统Asay膜方法的膜速曲线发展了测试复杂加载条件下微喷射面密度的新方法。采用数值实验和轻气炮实验对新方法进行了分析和评估。针对3种典型微喷射物质速度分布情况,利用数值实验分析评估了实际应用场景下因PDV给出的微喷物速度偏离理论值对面密度测量的影响,通过对PDV给出的微喷物速度线性插值处理,可确保新方法与理论值测量偏差小于20%。通过轻气炮加载预置粉末样品实验对比评估了新方法和传统方法的测量效果,采用2种方法分别处理同一发实验数据,结果显示,新方法相较于传统Asay膜方法的测量偏差小于20%。

马赫杆加载下无氧铜的动态破碎

为了深入了解金属材料在复杂加载下的动态破碎行为,在有限元模拟的基础上,设计了两类马赫杆加载实验,用于研究无氧铜在复杂加载下的动态破碎行为。实验中,采用火炮加载马赫透镜和激光粒子速度干涉仪测量自由面速度,实现了峰值压力分别为95.75和32.38 GPa的动态加载。结果表明,实验中成功实现了稳定的马赫杆加载,并且观察到马赫杆加载下无氧铜的2种不同近表面破碎模式,即高压下产生微层裂、低压下产生三角波层裂,且层裂区呈凸形分布。