高压物理学报

管公顺, 哈跃, 庞宝君

2012, 26(1): 1-6. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.001

PDF (545)

摘要:
为了研究空间碎片对航天器防护结构的高速斜撞击损伤特性，采用二级轻气炮发射铝球弹丸，对铝Whipple防护结构进行高速斜撞击实验。弹丸直径为3.97 mm，撞击速度为1.14～5.35 km/s，撞击角度为0～70。实验得到了铝Whipple防护结构在不同撞击速度区间的后板损伤模式，分析了后板撞击损伤及弹坑分布特性，建立了预测铝球弹丸高速斜撞击铝Whipple防护结构时后板弹坑分布的经验公式。结果表明：在大角度斜撞击条件下，对于一定的撞击速度，铝Whipple防护结构的后板弹坑分布会出现两个区域；弹丸的撞击破碎临界速度将影响后板损伤随撞击角的变化关系；对于铝Whipple防护结构，存在使后板撞击损伤最严重的临界撞击角。

基于特征长度的非球形弹丸超高速撞击碎片云特性研究

徐坤博, 龚自正, 侯明强, 郑建东, 杨继运

2012, 26(1): 7-17. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.002

PDF (533)

摘要:
根据ORDEM2000模型和卫星标准解体模型（SBM），确定空间中真实空间碎片的典型形状和撞击姿态。利用AUTODYN仿真软件，基于碎片特征长度，对立方体、方形薄片超高速撞击产生的碎片云进行三维数值模拟，从形状、质量分布、速度分布与能量分布深入分析碎片云特性，并与通用的球形标准弹丸进行比对。结果表明：弹丸形状及撞击姿态对碎片云特性有显著影响，立方体和方形薄片弹丸角撞击时产生的毁伤能力最大，而球形弹丸最小。因此，基于标准球形弹丸获得的弹道极限方程低估了航天器遭受空间碎片撞击损伤的风险，而基于真实碎片特征长度的弹丸形状效应研究将对现行的球形弹丸弹道极限方程（或曲线）做出更合理的修正。

超高速碰撞下C-SiC复合材料双层防护结构的力学特性

史姣红, 李玉龙, 刘元镛, 索涛

2012, 26(1): 18-26. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.003

PDF (603)

摘要:
C-SiC复合材料是一种随着航空航天技术发展而研制开发的新型材料，具有优异的力学性能，可以很好地满足航天器防护系统的使用要求，因此其超高速碰撞力学性能研究具有重要意义。基于现有的有关C-SiC复合材料力学性能的实验数据和模拟结果，推导得到模拟C-SiC复合材料超高速碰撞时所需的一系列参数。利用AUTODYN进行数值模拟，获得了C-SiC复合材料双层防护结构在超高速碰撞下的特性及弹道极限曲线，总结得出预测C-SiC复合材料双层防护结构的弹道极限方程。

金刚石对顶砧原位电导率测量系统

李明, 杨洁, 杨伍明, 王会新, 李立新, 高春晓

2012, 26(1): 27-32. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.004

PDF (619)

摘要:
在金刚石对顶砧中进行原位高温高压电阻测量时，由于受到绝热层的限制，从而达不到理想的温度条件。采用普通的粉末绝热材料，会给电极的引入造成很大困难，而且不规则的电阻丝使电阻测量很难精确量化。利用溅射镀膜方法，在对顶砧的砧面上镀氧化铝膜作绝热层，溅射的金属钼膜作电极材料，成功地完成了高温高压条件下原位电阻的测量。利用此装置，测量了铁镁硅酸盐(Mg0.875,Fe0.125)2SiO4在高温高压环境下（31~35 GPa，1 500~3 400 K）的电导率，得到了样品的导电粒子激活能，发现其激活能随着压强的升高而增大，与低压低温（小于15 GPa，低于1 200 K）条件相比，其激活体积和激活能都明显减小。

高压下尼龙1010-单壁碳纳米管复合材料的结晶行为

王彪, 郑友进, 贾晓鹏, 马红安, 张学全

2012, 26(1): 33-40. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.005

PDF (589)

摘要:
采用XKY-61200MN型六面顶压机，在不同温度、压力条件下处理30 min后制备了尼龙1010(PA1010)-单壁碳纳米管（SWCNT）复合材料的高压结晶样品，通过X射线衍射（XRD）、差热分析仪（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM），研究了高压处理样品的结晶行为、结构变化及形貌特征。结果表明：在1.0~2.5 GPa压力下，属于高压熔体结晶；在3.0和4.5 GPa压力下属于高压退火处理；高压结晶或高压退火均有助于聚合物片层晶体的增厚，并且高压熔体结晶的增厚效果优于高压退火处理。XRD结果表明，PA1010的三斜晶型在高压处理后保持不变，高压熔体结晶或高压退火都可以使(100)晶面和(010)晶面间距减小，即高压处理致使聚合物分子链紧密堆积。DSC结果表明：在高压熔体结晶过程中，升高压力和温度可以得到片层厚度较大的PA1010晶体；在2.0 GPa、350 ℃下获得的高压结晶样品的熔点和结晶度最高，分别达到208.5 ℃和64.6%。SEM和TEM结果表明：与常压结晶样品相比，高压结晶样品内部出现c轴厚度超过150 m的大尺寸晶体；SWCNT与PA1010基体之间形成相互穿插的网络结构，刚性的SWCNT作为高压成核剂促进PA1010晶体生长和增厚。

固氖高压物态方程的量子理论计算

武娜, 田春玲, 刘福生, 匡安农, 袁宏宽, 郑兴荣

2012, 26(1): 41-47. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.006

PDF (494)

摘要:
运用Hartree-Fock计算方法和原子团簇理论，研究了高压下面心立方晶体氖中的二体相互作用、三体相互作用对中心原子势能及冷能的贡献。结合零点振动能，计算得到了固氖在4~208 GPa压强范围内的等温物态方程。结果表明，在较高压强区域内，等温压缩线与高压实验数据符合得非常好；在压强超过100 GPa的区域内，计算得到的等温压缩线较目前已有的理论研究结果系统地改善并提高了3%~5%，精确地解释了固氖的高压实验数据。

电磁轨道炮C型固体电枢坡膛段的装填方式研究

张祎, 杨春霞, 栗保明

2012, 26(1): 48-54. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.007

PDF (615)

摘要:
为了满足电磁轨道炮对电枢和轨道间初始接触压力的要求，以小口径电磁轨道炮C型固体电枢的坡膛段装填过程为研究对象，在力学分析的基础上，采用有限元计算方法，对匀速装填、冲击装填以及组合装填3种方式进行了计算，并对电枢臂头部、中间和尾端单元的径向变形、应力和剪切应力随时间的变化进行了对比分析。分析结果表明，在同等条件下，采用组合装填方式可以明显地降低固体电枢在装填过程中受剪切破坏的程度，并有效地提高初始接触压力。研究结果表明，组合装填方式有利于提高电磁轨道炮的发射效率。

高浓度氩气稀释对C2H2-2.5O2气体直接起爆临界能量影响的实验研究

张博, Lee John H S, 白春华

2012, 26(1): 55-62. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.008

PDF (523)

摘要:
采用高压电点火进行直接起爆，通过放电过程中电流的输出信号确定起爆能量，实验测定了C2H2-2.5O2气体和加入摩尔浓度为70%氩气的C2H2-2.5O2混合气体直接起爆的临界起爆能量，研究了高浓度氩气稀释对C2H2-2.5O2混合物临界起爆能量的影响。实验测得的混合物临界起爆能量实验值与Lee等人的表面积能量理论值基本吻合。研究表明：C2H2-2.5O2气体和加入摩尔浓度为70%氩气的C2H2-2.5O2混合气体的临界起爆能量均依赖于初始压力，并呈反相关指数关系；在相同实验条件下，高浓度氩气稀释极大提高了混合气体直接起爆的临界起爆能量。分析认为，由于临界起爆能量正比于诱导区长度的3次方，因此在相同初始压力下，高浓度氩气的稀释增加了C2H2-2.5O2混合气体爆轰诱导区长度，并最终导致其临界起爆能量的显著上升。

超音速侵彻混凝土过程中装药安定性结构设计的动摩擦理论分析

张旭, 曹仁义, 谭多望

2012, 26(1): 63-68. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.009

PDF (602)

摘要:
根据侵彻过程中弹体内部装药的弹性变形假设，利用弹体结构与内部装药的相对位移、摩擦功、热力学原理和热点理论，提出了装药热安定性设计的弹性理论分析方法。计算中，侵彻弹体的响应函数从空穴膨胀理论出发；利用弹塑性材料中应力波Hugoniot跳跃条件以及流体力学动量和质量守恒方程，分析了弹体侵彻混凝土过程中的弹体表面径向应力；结合牛顿第二定律，采用有限差分技术，获得了弹体侵彻过程的轴向阻力。通过弹性理论分析，得到了弹体侵彻过程中影响装药安定性的重要设计参数，为装药安定性设计提供了理论依据。

锥头弹丸穿透薄钢板的实验研究

孙炜海, 鞠桂玲, 陈德民, 杨班权

2012, 26(1): 69-75. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.010

PDF (447)

摘要:
为了研究延性薄靶的穿透性能，进行了90锥头弹丸穿透薄钢板的准静态和动态实验。通过准静态实验，得到了4种不同厚度钢板的载荷-压入位移曲线及破坏模式；结合膜力理论模型及纯弯静塑性破坏模型，对实验结果进行了分析，得出：对于薄靶，大变形膜力起主导作用，随着靶厚增加，弯距在板整体变形过程中的影响逐渐增大。通过动态穿透实验，得到了弹丸穿透4种不同厚度钢板的入射速度、残余速度及靶板破坏模式，计算得到穿透耗能。最后，将准静态实验与动态实验结果进行了对比讨论。

面层混凝土对跑道内爆毁伤影响的仿真研究

康彦龙, 蒋建伟, 王树有, 门建兵

2012, 26(1): 76-82. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.011

PDF (495)

摘要:
采用考虑混凝土拉伸破坏的TCK失效模型，运用AUTODYN软件对跑道内爆毁伤进行了数值模拟。研究了炸点置于面层混凝土底部时，不同装药量和不同面层混凝土厚度对爆破漏斗坑参数的影响规律。结果表明：数值模拟结果较好地反映了混凝土因拉伸损伤引起的破裂和抛掷漏斗现象。基于数值模拟得到的漏斗坑参数值，建立了漏斗坑半径、空腔半径与面层厚度的无量纲表达式，计算得到的漏斗坑参数值得到了实验验证。

弹体侵彻混凝土靶板过程中磨蚀问题的计算

杨阳, 何涛, 文鹤鸣

2012, 26(1): 83-88. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.012

PDF (593)

摘要:
对弹丸在混凝土材料中侵彻时表面磨蚀速度的经验公式进行了改进。假设侵彻过程中密度保持不变，据此编制了可以计算弹丸磨蚀后弹头形状、弹体质量损失以及侵彻深度的简单差分程序。将计算得到的磨蚀后的弹头形状、质量损失与卵形弹侵彻无围压强度为63 MPa的混凝土（石英骨料）实验结果进行比较，两者基本吻合。

粒子冲击破岩的数值模拟分析

任建华, 徐依吉, 赵健, 赵绪龙, 张萌

2012, 26(1): 89-94. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.013

PDF (682)

摘要:
应用ANSYS/LS-DYNA模拟粒子冲击破岩的三维非线性冲击动力学问题，得到了破岩过程中能量的转化关系以及粒子冲击破岩的演化过程，分析了粒子冲击破岩机理。模拟结果较好地反映了粒子冲击破岩的物理过程，模拟结果与实验结果基本一致，证明了模拟方法的可行性。研究结果为水力参数优选等提供一定的理论依据。

裸爆和特制半球形结构内爆超压对比实验研究

曲艳东, 闫鸿浩, 李晓杰, 刘华新

2012, 26(1): 95-101. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.014

PDF (655)

摘要:
爆炸焊接过程会产生爆炸地震、冲击波、有毒气体和噪音等有害效应。设计并制作一个直径为36 m、入口和排烟口直径分别为8 m的半球形结构，用以降低爆炸焊接过程中产生的超压影响。为了研究实际超压降低效果，进行了裸爆和按1/6比例建立的半球形结构内爆炸的超压对比实验。实验结果表明：当超压的传播距离大于20 m时，这种半球形结构能有效降低爆炸焊接过程中产生的超压；对于相同的超压传播距离，切线方向（垂直于半球形结构入口方向）比径向方向（半球形结构入口方向）的超压降低效果好。结合冲击波的传播和反射特点，对超压降低的可能原因进行了分析。

变燃速发射药两相流内弹道模型及数值模拟

马忠亮, 刘林林, 萧忠良

2012, 26(1): 102-106. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.015

PDF (583)

摘要:
为了更好地描述变燃速发射药的膛内燃烧及内弹道过程，对中心开孔式双层结构的变燃速发射药建立了一维两相流内弹道数学模型，在30 mm火炮装填条件下采用二阶精度的Lax-Wendroff差分格式进行计算，得到了数值解。计算结果表明：膛内压力和炮口初速度变化曲线的计算值与实测值符合较好，说明此两相流内弹道模型可以准确地反映变燃速发射药的内弹道过程；变燃速发射药可以有效地减少膛内压力波的产生，对于安全射击具有重要意义。通过对气、固相速度及膛内压力波等计算参数进行分析，可以对变燃速发射药的内弹道过程研究起指导作用。

1 064 nm激光对氧化铟锡薄膜的损伤研究

李阳龙, 王伟平, 骆永全, 王海峰, 张大勇

2012, 26(1): 107-112. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.016

PDF (552)

摘要:
液晶光学器件在激光光束精密控制上具有重要应用前景，氧化铟锡（ITO）薄膜作为液晶光学器件的透明导电电极，是液晶器件激光损伤的薄弱环节。为此，建立了ITO薄膜激光热损伤物理模型。理论计算结果表明：1 064 nm激光对ITO薄膜的损伤主要为热应力损伤；连续激光辐照下，薄膜损伤始于靠近界面的玻璃基底内；脉冲激光辐照下，温升主要发生在光斑范围内的膜层，薄膜损伤从表面开始。利用泵浦探测技术，研究了ITO薄膜的损伤情况，测量了不同功率密度激光辐照后薄膜的方块电阻，结合1-on-1法测定了ITO薄膜的50%损伤几率阈值。实验结果表明：薄膜越厚，方块电阻越小，激光损伤阈值越低；薄膜未完全损伤前，方块电阻随激光功率密度的增加而增大。理论计算与实验结果吻合较好。设计液晶光学器件中的ITO薄膜电极厚度时，应综合考虑激光损伤、透光率及薄膜电阻的影响。

基于FLUENT的动态高压微射流内部孔道流场的数值模拟

刘伟, 李火坤, 刘成梅, 刘玮琳

2012, 26(1): 113-120. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.017

PDF (545)

摘要:
以动态高压微射流振荡反应腔内部孔道流场为研究对象，建立了反应腔内部孔道的几何模型和网格模型，选择SIMPLEC算法和RNG k-模型，运用FLUENT软件对流场进行数值模拟，以揭示流场内各位置上的静压和速度分布。计算结果表明：高速射流撞击增加了流场内的撞击作用力，流速的急剧增加使速度梯度迅速加大，剪切应力极大增强，保证了微射流均质机极佳的作用效果；由于反应腔内部孔道流场的静压与速度变化相反，静压的急剧变化使空穴效应及压力释放效应极大增强，空穴作用力得以强化，对微射流均质机反应腔内的材料产生腐蚀作用。设计反应腔内部孔道时，在保证撞击区速度的前提下，应适当减小进料速度和分流管进口拐角角度，并选用较短的出料管。

2012年第26卷第1期

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