高压物理学报

陈亚红, 白春华, 王仲琦, 李建平

2011, 25(6): 481-486. doi: 10.11858/gywlxb.2011.06.001

PDF (572)

摘要:
分析了颗粒介质在冲击载荷下的加载、卸载本构关系，应用特征线理论对平面一维爆炸冲击波在颗粒介质中的衰减进行了计算。结果表明：组成颗粒的材料、孔隙率及炸药的爆速决定了初始冲击波峰值的大小。炸药爆速越高，介质孔隙率越大，材料本身的冲击阻抗越大，初始压力越高。炸药长度、材料本身的冲击阻抗及介质的孔隙率决定了冲击波的衰减速度。炸药长度越小，材料本身的冲击阻抗越大，介质的孔隙率越高，冲击波衰减越快。

高纯铝层裂的自由面速度剖面特征分析

祁美兰, 罗超, 范端, 贺红亮

2011, 25(6): 487-492. doi: 10.11858/gywlxb.2011.06.002

PDF (659)

摘要:
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。

弹粘塑性双球壳塌缩热点反应模型

温丽晶, 段卓平, 张震宇, 欧卓成, 黄风雷

2011, 25(6): 493-500. doi: 10.11858/gywlxb.2011.06.003

PDF (1116)

摘要:
基于Kim的弹粘塑性单球壳塌缩模型，考虑PBX炸药中的粘结剂效应，假设炸药和粘结剂均为弹粘塑性材料，建立了弹粘塑性双球壳塌缩热点反应模型，给出了炸药球壳在冲击压力作用下的速度、应变、温度和化学反应速率的时空分布，以及新的热点反应速率理论表达式。把新的热点反应项与Kim的低压下慢反应项和张震宇提出的高压反应速率方程相结合，得到了新的冲击起爆三项式细观反应速率模型。把该模型加入DYNA2D中，模拟了PBX-9501炸药的一维冲击起爆过程，结果表明：该模型除了可以解释炸药颗粒度和孔隙度的影响外，还可以较好地描述粘结剂强度和含量对PBX炸药冲击起爆感度的影响。

爆炸载荷下纳米晶铜晶粒度分布及影响因素研究

王金相, 周楠, 王小绪, 杭逸夫

2011, 25(6): 501-507. doi: 10.11858/gywlxb.2011.06.004

PDF (627)

摘要:
采用爆炸动态加载使粗晶铜发生高应变率塑性大变形的方法制备了纳米晶铜。利用X射线衍射法对其晶粒度进行了检测，借助于LS-DYNA3D非线性有限元程序对试样变形过程进行了数值模拟，在此基础上对应变和应变率进行了统计，分析了宏、细观应变对晶粒细化程度的影响。结果表明：采用爆炸加载法可制备出纳米晶铜，平均晶粒度范围可有效控制在100 nm以内；爆炸加载过程中应变率高达104 s-1，应变的提高有利于晶粒细化；在爆炸加载方向晶粒度成不均匀分布。

三维多物质弹塑性流体动力学Euler方法的并行算法研究及程序测试

马天宝, 费广磊, 张文耀

2011, 25(6): 508-513. doi: 10.11858/gywlxb.2011.06.005

PDF (454)

摘要:
并行计算是解决爆炸与冲击问题大规模数值模拟最有效的手段之一。针对Euler方法并行程序设计的复杂性，阐述了三维多物质弹塑性流体动力学程序MMIC-3D并行设计的总体策略，基于消息传递接口(MPI)设计出相应的PMMIC-3D并行程序，并提出了一套实用的程序测试方案。结合聚能射流形成过程的数值模拟算例，在八节点的集群上测试了加速比、并行效率及可扩放性，分析了影响并行性能的因素。

氢氧爆轰波在激波管中的成长机制研究

王建, 段吉员, 赵继波, 文尚刚, 谭多望

2011, 25(6): 514-518. doi: 10.11858/gywlxb.2011.06.006

PDF (520)

摘要:
针对气相爆轰波成长机制研究，采用压力传感器和高速摄影技术，测试了氢氧混合气体在点火后的火焰波、前驱冲击波以及爆轰波的成长变化过程，计算了冲击波过程参数和气体状态参数，分析了火焰加速机制。实验结果表明，APX-RS型高速摄影系统可用于拍摄气相爆轰波的成长历程；氢氧爆轰波的产生是由于湍流火焰和冲击波的相互正反馈作用，导致反应区内多处发生局部爆炸，爆炸波与冲击波相互耦合，最终成长为定常爆轰波。

Al、N共掺杂实现p-型ZnS的第一性原理研究

李胜旨, 刘锦超, 杨向东, 蒋德琼

2011, 25(6): 519-525. doi: 10.11858/gywlxb.2011.06.007

PDF (634)

摘要:
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法，计算了闪锌矿ZnS、N掺杂以及Al、N共掺杂ZnS晶体的电子结构，分析了N掺杂以及Al和N共掺杂ZnS晶体的能带结构、电子态密度以及Mulliken电荷分布。计算结果表明：N掺杂ZnS在能带中引入了深受主能级，N原子的2p态在价带顶提供了空穴载流子，载流子局域于价带顶附近；Al和N共掺使得受主能级变宽，非局域化特征明显，提高了掺杂浓度和系统的稳定性，更加有利于获得p-型ZnS。

聚能射流对氧化铝陶瓷靶的侵彻特性研究

任会兰, 郭婷婷, 宁建国

2011, 25(6): 526-532. doi: 10.11858/gywlxb.2011.06.008

PDF (619)

摘要:
建立了考虑损伤的求解靶板阻力的理论模型，以此来评估陶瓷靶板的抗侵彻能力；数值模拟了长杆弹侵彻氧化铝陶瓷靶的破坏特性，结合实验结果确定了氧化铝陶瓷本构模型中的材料参数。建立了聚能射流侵彻氧化铝陶瓷靶的计算模型，对射流的形成机理及氧化铝陶瓷靶的抗侵彻性能进行研究，讨论了药型罩的几何尺寸对所形成的射流速度及侵彻深度的影响。结果表明：药型罩的锥角和壁厚增大，射流速度减小，壁厚对射流速度梯度的影响较大；同样，药型罩的锥角对侵彻深度也有较大的影响。

混凝土材料动态力学性能实验与数值模拟研究

张柱, 赵慧, 于晖

2011, 25(6): 533-538. doi: 10.11858/gywlxb.2011.06.009

PDF (402)

摘要:
利用轻气炮对素混凝土材料进行了3种不同冲击速度下的动态力学性能实验，得到了时间-应力曲线，随后利用软件进行数值模拟，将模拟结果与实验结果进行比较，解释了飞片和靶板破坏过程中波的传播过程。通过分析发现：混凝土材料表现出明显的率相关性、滞后效应和应力波的衰减特征，这些与材料内部损伤的演化密切相关；混凝土材料在压缩波、边侧稀疏效应和左、右自由表面反射拉伸波的共同作用下，最终形成宏观破碎；实验中靶板尺寸设计合理，有效避免了边侧稀疏效应对锰铜压阻计测试信号的影响。

大孔径双向聚能射孔弹的研究

李磊, 沈兆武, 马宏昊

2011, 25(6): 539-548. doi: 10.11858/gywlxb.2011.06.010

PDF (642)

摘要:
设计了一种双锥药型罩与双向装药结构相结合的聚能射孔弹模型，通过数值模拟方法研究其射流成型机理，并计算其射流参数。结果显示：双锥药型罩的小锥角部分形成聚能射流，大锥角部分形成翻转弹丸，射流头部和弹丸的速度分别为6 250 m/s和1 620.9 m/s，弹丸长度和平均直径分别为26.1 mm和8.6 mm。结合数值模拟结果，对射流侵彻公式进行了修正，并利用修正公式预测该射孔弹侵彻钢靶的深度，计算结果为69.6 mm。最后，按照该模型进行侵彻实验，实验回收弹丸的长度和平均直径分别为28.1 mm和8.8 mm，侵彻钢靶的深度和孔径分别为70 mm和17 mm。实验表明：数值模拟与理论计算方法相结合是可行的，能够有效地计算射孔弹的射流参数并预测其侵彻深度；该射孔弹侵彻性能优越。

二维GEL耦合方法的研究及对爆炸容器的数值模拟

李蕾, 柏劲松, 刘坤, 李平

2011, 25(6): 549-556. doi: 10.11858/gywlxb.2011.06.011

PDF (533)

摘要:
将以Euler方法为基础的MF PPM（Piecewise-Parabolic Method）程序和以Lagrange方法为基础的DEFEL（2-D Finite Elements Code，二维流体弹塑性动力有限元）程序，根据压力和法向速度连续准则进行耦合，发展了基于Level Set的GEL（Ghost-Fluid Euler-Lagrange）方法。该方法在处理大变形流场与小变形结构以及复杂流动与多物体相互作用等问题具有优越性。通过二维算例的计算结果与文献比较，检验了GEL方法和耦合程序的正确性，并对球形和椭球封头的爆炸容器进行了数值模拟，通过与实验结果的比较分析，表明本研究程序可以比较好地处理内爆引起的壳体流固耦合问题。

一种基于二级轻气炮平台的超高速弹丸发射装置设计

赵士操, 宋振飞, 姬广富, 龚自正, 赵晓平

2011, 25(6): 557-564. doi: 10.11858/gywlxb.2011.06.012

PDF (548)

摘要:
基于强爆轰效应，提出一种新的超高速弹丸发射装置。在二级轻气炮平台上，设计内置炸药柱的三级加速腔，将二级轻气炮发射的克质量弹丸由6~7 km/s，再次加速至9~10 km/s的超高速。通过数值模拟优化设计药柱与飞片的形状，以及弹丸的树脂封装，从而抑制强爆轰产生的中心射流对弹丸的破坏，并且在短脉冲强冲击过程中，避免在直径达厘米级的铝或钛合金弹丸内的层裂破坏。数值模拟结果表明，经过优化设计的三级加速腔可以将气炮出膛速度约6.0 km/s的1.03 g铝合金弹丸加速至9.6 km/s，弹丸最终形状仍保持类球形，速度增益约1.6。

弹丸对钢板的半侵彻作用特性研究

董永香, 冯顺山, 吴广, 段相杰, 肖李兴

2011, 25(6): 565-571. doi: 10.11858/gywlxb.2011.06.013

PDF (476)

摘要:
随着现代高新技术的发展提出了对弹丸半侵彻（PEP）的研究，通过弹丸的半侵彻作用使其稳定嵌立于目标靶上，并由其外露部分形成障碍或感应目标伺机作用、或作为受力承载点等方式实现特殊用途。针对新结构弹头开展了弹靶半侵彻过程的数值模拟和靶材流动特性研究，采用量纲理论获得了弹丸半侵彻靶板的主要无量纲组合参量，获得了弹丸侵彻与反弹阶段靶板形变与弹靶系统能量分配特性，并对半侵彻作用机理进行了初步的探讨。最后通过炮射实验验证了实现稳定嵌立于靶板的可行性。

FeMn粉末触媒对合成金刚石的影响

刘万强, 马洪安, 贾晓鹏

2011, 25(6): 572-576. doi: 10.11858/gywlxb.2011.06.014

PDF (661)

摘要:
利用FeMn粉末触媒在国产六面顶压机上进行了合成金刚石单晶的实验，研究了高温高压条件下（5.7 GPa、1 550 ℃），石墨-FeMn粉末触媒体系中金刚石单晶的生长特性。通过光学成像显微镜观测表明：合成出的金刚石单晶呈浅黄色，晶形完整，且都是八面体，晶体里含有白色物质，粒度集中在0.3~0.5 mm；通过扫描电镜观测了晶体的表面形貌，表面有熔坑；通过穆斯堡尔谱，发现粉末触媒里主要是FeMn合金和独立状态的Fe，金刚石内部主要是Fe和Fe3C；利用X射线荧光光谱，检测出样品里有Fe和Mn元素。

2011年第25卷第6期

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