激光驱动准等熵压缩实验研究

利用激光驱动的等离子体实现平面准等熵压缩是近年发展起来的一种新型动高压加载方式,同时也是目前加载应变率最高的准等熵压缩方式,该技术为研究材料准等熵压缩特性和物态方程提供了一条新的途径。探索了激光驱动下平面准等熵压缩的实验技术,在100J固体激光器上成功开展了金属样品的准等熵压缩实验,利用位移干涉测速技术获取了Al/LiF样品界面的速度历史,在样品中获得了接近500m/s的原位粒子速度,应变率达106s-1,准等熵压缩峰值约7GPa.     

HMX基PBX炸药的等熵压缩实验研究

利用磁驱动准等熵压缩加载实验技术,研究了某奥克托今(HMX)基高聚物粘结炸药(PBX)未反应固体炸药峰值压力8 GPa内的动力学响应特点。实验在保持多样品加载压力历史一致的前提下,同时加载多个不同厚度实验样品,用激光干涉测速方法获得了样品的速度响应历史曲线,对实验数据进行了Lagrange分析处理,获得了该PBX炸药样品8 GPa内的准等熵压缩线,多发实验获得的准等熵压缩线在该压力范围内一致,基于该状态方程的拟合参数对实验结果进行了流体动力学计算,计算结果与实验结果吻合较好。     

准等熵加载特性对PBXC03炸药起爆的影响规律

为了研究准等熵加载特性对高聚物粘结炸药(PBX)起爆响应特性的影响规律,对具有不同加载压力(8,10,12 GPa)与加载斜率的准等熵加载下PBXC03炸药起爆响应过程进行数值模拟计算。采用准等熵加载下PBXC03炸药起爆响应实验得到1,1.5,2,3,4 mm处炸药背面粒子速度时间曲线,确定了PBXC03炸药的弹粘塑性双球壳塌缩反应速率模型(DZK)参数。利用DZK模型与参数得到了准等熵加载下峰值压力与加载斜率对PBXC03炸药起爆响应特性的影响规律。结果表明,两种加载方式(不同压力与不同斜率)对PBXC03炸药起爆过程均有较大影响,其他条件相同的情况下,加载斜率或峰值压力越大,炸药内的冲击波阵面峰值压力曲线和冲击波迹线增长越快且到爆轰时间越短。     

梯度飞片材料的制备及其准等熵压缩技术

波阻抗梯度飞片材料作为一类新型的功能梯度材料,在准等熵压缩技术中有重要的应用.本研究采用粉末冶金技术和平面扩散焊接方法分别制备了两种类型的波阻抗梯度飞片"Multi-ply"和"Pillow",利用它们成功实现了对靶材料的准等熵压缩.论文重点对这两种梯度飞片的制备及其准等熵压缩效果进行了研究,并分析了二者之间的差异.     

铝含量对铝-聚四氟乙烯反应材料准静态压缩力学响应和反应特性的影响

为了研究铝含量对铝-聚四氟乙烯(Al-PTFE)反应材料准静态压缩力学响应和反应特性的影响,通过特定的冷压和烧结工艺,制备了4种不同Al含量的Al-PTFE试件,并进行准静态压缩试验。结果表明,铝含量影响材料的力学响应和失效模式,进而影响材料的反应特性;含有16 wt%Al的试件部分反应,26 wt%Al的试件完全反应,36 wt%Al和46 wt%Al的试件未发生反应;在反应的两类试件中观察到张开型裂纹和剪切裂纹,而在未反应的试件中仅观察到剪切裂纹。     

冲击加载下梯度密度飞片系统产生准等熵压缩过程的实验技术

为研究固体炸药准等熵压缩过程,采用"钉床"形梯度密度飞片,通过改变飞片尖峰高度并结合火炮加载技术和铝基组合式电磁粒子速度计技术,测试并捕捉了飞片尖峰撞击缓冲层后缓冲层继而冲击固体炸药时炸药前表面及内部产生的准等熵压缩过程,用组合式电磁粒子速度计测试了炸药前表面及内部不同深度处的粒子速度,用冲击波示踪器捕捉了冲击波到达炸药内部各深度处的时刻,进行了不同尖峰高度的对比实验。结果表明,2.5mm飞片尖峰高度下JB-9014靶和聚四氟乙烯(PTEF)靶前表面准等熵压缩时间分别为0.37μs和0.22μs。发现靶前表面有完整的准等熵压缩过程,靶内已经完成准等熵压缩到冲击的过程。冲击波x-t图显示靶内冲击波速度前期稳定,后期衰减。发现当"钉床"(BON)飞片尖峰高度和缓冲层厚度合理配置时,才会在靶样品内部产生较宽时间的准等熵压缩过程。     

三种含能材料力学行为应变率效应的实验研究

利用分离式霍普金森杆和万能材料试验机对复合固体推进剂(CSP)、高聚物粘接炸药(PBX)和B炸药(Comp．B)三种材料进行了高应变率和准静态压缩实验,得到了常温常压下,不同应变率的材料应力一应变曲线,对这三种材料本构行为的应变率效应进行了研究。     

斜波压缩下PBX-59未反应固体炸药的状态方程

利用磁驱动加载实验技术,开展了斜波压缩下未反应固体炸药PBX-59的动力学特性研究,获得了峰值压力18.5 GPa下PBX-59的动力学响应.利用阻抗匹配修正的迭代Lagrange数据处理方法,获取了PBX-59炸药斜波压缩加载下的p-V关系和声速-粒子速度关系等动力学特性参数.结合实验获得的动力学参数和等熵状态方程,对实验过程开展了流体动力学数值模拟,计算和实验结果基本吻合,验证了本研究实验技术、数据处理方法和物理模型的正确性.     

连续碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管多胞结构的准静态压缩响应

由纤维增强复合材料制作而成的多胞结构具有优异的吸能特性,在耗能缓冲领域具有广阔的应用前景。为简化制作工艺,提出将碳纤维增强环氧树脂复合材料圆形管采用环氧树脂胶粘结在一起形成碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管多胞结构。通过对多胞结构进行准静态压缩试验,分析其压缩破坏模式和耗能特性。研究结果表明：该多胞结构呈现出渐进压缩破坏,当碳纤维管壁厚大于0.5 mm时会出现胶结面开裂;由于相邻碳纤维管阻碍了纤维束的扩展,导致压缩载荷增大,使多胞结构的实际平均载荷高于理论平均载荷,同时引起实际耗能量高于理论耗能量;与单根碳纤维管相比,多胞结构的比吸能更高,试件的最大比吸能达到82 J/g,比吸能增长比最高达到37.9%。     

ZrH2填充改性Al/PTFE的力学响应与毁伤性能

为了研究ZrH2对Al/PTFE反应材料力学响应与毁伤性能的影响,采用冷压烧结工艺制备了Al/ZrH2/PTFE、Al/PTFE和纯PTFE三种材料的圆柱体与药型罩试件,通过准静态压缩、落锤冲击和高速撞靶实验,对三种材料的力学性能、撞击感度与撞靶毁伤效能进行了对比研究.实验结果表明:三种PTFE基材料均为弹塑性材料,都存在应变硬化效应,质量分数为10％的ZrH2能提高Al/PTFE反应材料的力学强度,使其屈服强度与失效应力分别达到22.2 Mpa与93.3 Mpa,也可降低材料撞击感度,使其点火激发能增加1.93 J,并通过活化分解参与反应保证材料能量释放水平不受影响.两种含能药型罩在撞靶过程中能发生撞击释能反应,产生穿/扩孔综合效应,形成花瓣式外翻的穿孔形式,与惰性毁伤元相比,反应材料的撞击-反应双重毁伤效应能大幅提升其扩孔能力,在Al/PTFE反应材料中引入适量添加剂ZrH2,能进一步增强材料的撞靶毁伤效能.     

低冲量质量块冲击下固支泡沫夹芯梁的动力响应

计及面板和芯材的耦合变形机制以及芯材在三明治梁变形过程中的作用,改进三明治梁的分析模型,并讨论低冲量质量块冲击下两端固支泡沫夹芯梁的动力响应特性。不同于现有的三明治梁分析模型,给出的分析模型在上下面板达到共同速度前计及芯材的弯曲作用。与有限元模拟和实验结果的对比说明,当三明治梁在低冲量质量块撞击下发生整体变形时,分析模型可以更加准确地预测其变形过程。     

氧化铝陶瓷受冲击压缩破坏的细观机理研究

利用激光速度干涉仪VISAR测试了平板冲击压缩下不同厚度氧化铝陶瓷样品的自由面速度历程。根据自由面速度历程上表征“破坏波”现象的二次压缩信号计算获得了破坏波的传播轨迹,指出陶瓷中破坏波的形成传播机制主要由细观力学行为控制。进一步基于氧化铝陶瓷的细观扫描图像,构建了含晶相、玻璃相等细观特征的力学模型。数值模拟了冲击压缩下陶瓷材料的细观破坏过程,从细观层次分析了破坏波的形成传播机理。结果表明,陶瓷中破坏阵面的形成主要依赖于原生微缺陷在冲击载荷下的快速形核扩展过程,其传播特性满足扩散过程。     

TA2钛合金动态压缩试样中的绝热剪切破坏研究

绝热剪切是金属材料高速变形破坏的重要形式之一,利用分离式霍普金森压杆（SHPB）技术对TA2钛合金的动态力学性能及绝热剪切破坏特性进行研究,实验得到了TA2钛合金动态应力-应变关系。对试样的绝热剪切带形成及发展进行了微观金相观察,结果显示：TA2钛合金动态压缩试样中产生的绝热剪切带呈对称的双圆锥形特征。进一步利用有限元方法对试样动态压缩及变形局域化过程进行了有限元数值分析,模拟结果与实验吻合较好。数值分析结果表明压缩试样表面摩擦对试样中绝热剪切带的形成与破坏特征有着重要影响。     

泡沫铝夹芯拱塑性动力响应的实验研究

应用泡沫金属弹撞击加载的方式研究了固支泡沫铝夹芯拱的塑性动力行为.对夹芯拱的变形与失效模式进行了系统的分类和分析,并考察了发射弹的动量、面板厚度、泡沫芯层厚度及曲率半径对其抗撞击性能的影响.夹芯拱的变形与失效模式可分为3种形式:前面板在作用区域的压入失效和整体的大变形、芯层的压缩失效和剪切失效以及后面板的非线性大变形....     

爆炸载荷下装甲车辆的动态响应分析

为研究装甲车辆在爆炸载荷下的动态响应,用AUTODYN软件对4340钢和橡胶构成的装甲车辆模型进行了三维模拟。计算了8701炸药不同装药量下的爆炸过程。得到了侧钢板上3个观测点的响应参数：超压、位移、加速度。分析了各观测点的动态响应规律。结果表明,离爆源位置越近或装药量越大,车辆的响应时间越早、节点振荡越激烈、振荡幅值越大、持续时间越短。     

Al/Ni类含能结构材料冲击压缩特性细观模拟

为了研究含能结构材料冲击响应特性,开展了以Al/Ni为代表的含能结构材料冲击压缩细观模拟研究。结合扫描电子显微镜照片分析了三种典型Al/Ni类含能结构材料的细观结构特性,研究了材料配比、制备工艺对材料细观结构的影响规律。从细观结构照片和细观颗粒初始形态入手,分别建立了Al/Ni类含能结构材料冲击压缩细观模型,计算并比较了该类材料在冲击压缩过程中的颗粒变形、压力响应、冲击温度分布及冲击波传播特性。结果表明：Al/Ni粉末复合材料的细观颗粒主要以Ni为基体,且Al颗粒随着其含量的上升而发生团聚;而Al/Ni多层复合材料主要以Al为基体,Ni近似于平行分布其中。Al/Ni类含能结构材料细观结构存在不均匀特性,导致其在冲击压缩过程中产生局部高压和热点,而这一特性无法由基于材料初始颗粒形态建立的均匀化细观模型得到。     

泡沫金属子弹冲击下多孔金属夹芯板动力响应研究

采用实验和数值模拟方法研究了多孔金属子弹冲击下多孔金属固支夹芯方板的动力响应.考察了子弹冲量、面板厚度、芯层厚度及不同芯层类型对夹芯板抗冲击性能的影响.结果表明,通过增加面板厚度或芯层厚度均能有效控制夹芯板后面板的残余变形,改善其抗冲击能力.在给夹芯板增加相同质量的前提下,增加芯层厚度比增加面板厚度能获得更好的抗冲击效...     

含能材料的损伤本构模型研究进展

主要从宏观力学现象和微观统计力学两个角度介绍了国内外含能材料损伤力学模型的发展现状。通过比较各模型的描述观点和应用范围,认为需要建立多尺度分析模型,系统研究各种形式加载条件下含能材料的损伤演化规律及关联性,才能建立更合理的本构模型描述含能材料的力学行为。