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电磁驱动高速弹丸成型模式与影响因素

爆炸与冲击 2024年第4期44卷 95-108页

作者：黄炳瑜陈学秒张旭平熊玮王桂吉张先锋税荣杰胥超谭福利南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621999

为了研究电磁驱动药型罩形成高速成型弹丸的可行性及弹丸成型特性,基于CQ-7脉冲功率装置,开展了电磁驱动线性药型罩形成弹丸技术实验。结合激光多普勒测速技术,实现了电磁驱动药型罩形成弹丸的速度测量和侵彻铝靶验证。同时,基于流体动... 详细信息

为了研究电磁驱动药型罩形成高速成型弹丸的可行性及弹丸成型特性,基于CQ-7脉冲功率装置,开展了电磁驱动线性药型罩形成弹丸技术实验。结合激光多普勒测速技术,实现了电磁驱动药型罩形成弹丸的速度测量和侵彻铝靶验证。同时,基于流体动力学软件和相应电磁仿真模块,建立了电磁驱动弹丸成型的物理模型和数值模拟方法,模拟了弹丸成型和侵彻铝靶的动力学过程,利用实验结果验证了数值模拟方法的可靠性。在此基础上,研究了等壁厚球缺型药型罩的结构参数以及加载能量对弹丸成型参数的影响规律。结果表明:外曲率半径对弹丸的头部速度影响较小,而头部速度会随壁厚的减小和加载能量的增大显著增加;弹丸的长径比随外曲率半径和壁厚的减小、加载能量的增大呈逐渐增加的趋势。最后,利用数值模拟方法预测并验证了利用电磁驱动技术获得高速度和大质量成型弹丸的可行性。

关键词：电磁驱动高速成型弹丸线性药型罩球缺型药型罩成型模式

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多级柱面炸药内爆磁通量压缩技术研究

爆炸与冲击 2024年第2期44卷 19-28页

作者：谷卓伟周中玉赵新才陆禹张旭平程诚赵娟陈光华吴刚谭福利赵剑衡孙承纬中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621999 中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳621999

柱面内爆磁通量压缩发生器是利用炸药内爆压缩其内部磁通量至轴线附近小体积内从而实现超高磁场,传统的单级装置因受到金属套筒内爆失稳等影响性能指标受限。开展了多级内爆磁压缩技术研究,突破多项关键技术,包括研制特殊结构的密绕螺... 详细信息

柱面内爆磁通量压缩发生器是利用炸药内爆压缩其内部磁通量至轴线附近小体积内从而实现超高磁场,传统的单级装置因受到金属套筒内爆失稳等影响性能指标受限。开展了多级内爆磁压缩技术研究,突破多项关键技术,包括研制特殊结构的密绕螺线管、脉冲功率源及大电流放电开关等,具备在直径135 mm套筒空间内实现20 T以上初始磁场产生能力,并建立了动态磁光测量系统。利用磁流体力学编码SSS-MHD开展多级装置设计,计算显示,设计的多级装置能够将约42%的初始磁通量压缩至轴线附近直径7 mm的空间内。最终研制成功多级内爆磁压缩装置CJ-150,在亚立方厘米以上空间实现轴向峰值磁场强度906 T,数据不确定度5.35%。10余发动态考核实验显示,CJ-150装置工作稳定,能够满足物理实验需要。利用经实验验证的磁流体模型计算显示,CJ-150具备1000 T以上超强磁场产生能力,能够对大尺寸样品实现500 GPa以上的准等熵加载。

关键词：炸药内爆磁通量压缩准等熵压缩超强磁场

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铝锂合金材料状态方程的研究

高压物理学报 2003年第2期17卷 81-87页

作者：李永池郭扬谭福利朱林法中国科学技术大学安徽合肥230027

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... 详细信息

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。

关键词：铝锂合金 Murnagham状态方程应变率负敏感冲击韧性高压轻气炮实验力学性能 Hugoniot线弹塑性双波结构

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激光加热金属板流固耦合数值模拟

强激光与粒子束 2011年第4期23卷 866-870页

作者：张黎贺佳谭福利中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

数值模拟研究了气流和激光辐照双重作用下的金属平板温度场。流体控制方程为3维雷诺平均N-S方程,固体控制方程为能量方程,湍流粘性系数求解使用k-ε两方程模型。采用流固耦合计算方法,使用动网格模型模拟气流的"冲刷效应",较完整地模拟... 详细信息

数值模拟研究了气流和激光辐照双重作用下的金属平板温度场。流体控制方程为3维雷诺平均N-S方程,固体控制方程为能量方程,湍流粘性系数求解使用k-ε两方程模型。采用流固耦合计算方法,使用动网格模型模拟气流的"冲刷效应",较完整地模拟了激光辐照金属材料的物理变化过程,计算得到金属平板的温度分布及流场分布。结果表明:在较低气流速度及激光功率下,气流的冷却效应占主导地位;当气流速度和激光功率上升到一定程度后,气流的"冲刷效应"和冷却效应共同决定金属平板的温度分布。

关键词：温度场流场流固耦合冲刷效应动网格

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含损伤材料的热粘塑性本构关系及其应用

爆炸与冲击 2004年第4期24卷 289-298页

作者：李永池谭福利姚磊胡秀章中国科学技术大学力学和机械工程系安徽合肥230027

对含损伤材料的热粘塑性本构关系进行了较全面和较系统的研究。首先对"半径回归方法"的本构公式给出了最一般性的严格证明,并讨论了其适用性和局限性。接着以应力空间中的屈服函数和Drucker公设为基础,以材料本构关系的内变量理论为工具... 详细信息

对含损伤材料的热粘塑性本构关系进行了较全面和较系统的研究。首先对"半径回归方法"的本构公式给出了最一般性的严格证明,并讨论了其适用性和局限性。接着以应力空间中的屈服函数和Drucker公设为基础,以材料本构关系的内变量理论为工具,推导并建立了增量型热粘塑性本构关系的普适形式和计算流程。然后结合实践中最常用的几类本构模型,导出了所建立的增量型动态本构关系的具体形式,并简要总结了其各自的特点和意义。最后通过一些典型的波传播和高速冲击问题的算例,介绍了所建立的本构关系及计算方法的具体应用情况和效果,从而展示了其理论意义和应用前景。

关键词：材料力学本构关系计算热粘塑性材料损伤

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激光辐照下充压柱壳热断裂的可能性分析

强激光与粒子束 2004年第8期16卷 977-980页

作者：谭福利赵剑衡李永池中国科学技术大学力学与机械工程系安徽合肥230027 中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

　采用3维实体单元来模拟激光辐照下充压柱壳的应力和应变分布,在光斑边缘采用棱锥单元来处理过渡区,分析了柱壳裂纹萌生的可能位置和条件。通过计算发现:外热源加载的柱壳在时间较短、内压足够大时,裂纹可能会在光斑边缘处产生并扩展开... 详细信息

　采用3维实体单元来模拟激光辐照下充压柱壳的应力和应变分布,在光斑边缘采用棱锥单元来处理过渡区,分析了柱壳裂纹萌生的可能位置和条件。通过计算发现:外热源加载的柱壳在时间较短、内压足够大时,裂纹可能会在光斑边缘处产生并扩展开来;在功率相同的条件下,小光斑辐照时易产生裂纹,功率密度相同时,大光斑辐照下易产生裂纹,说明柱壳破坏的一个因素取决于功率密度;柱壳在不同时间,应力与抗拉强度之比分布不同,过光斑中心的柱壳母线上的环向应力在柱壳裂纹的萌生中起主要作用。

关键词：激光充压柱壳裂纹萌生热断裂热应力

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RDX激光点火的一维气相模型

高压物理学报 2011年第2期25卷 138-142页

作者：田占东张震宇卢芳云谭福利国防科技大学理学院技术物理研究所湖南长沙410073 中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

为了研究含能材料RDX在激光作用下的点火特性,在Liau等人的工作基础上,考虑了物理参数随温度和组分浓度的变化,建立了RDX激光点火的气相模型。利用有限差分方法,计算了激光功率密度为400 W/cm2、环境压力为0.1 MPa时RDX的点火过程。结... 详细信息

为了研究含能材料RDX在激光作用下的点火特性,在Liau等人的工作基础上,考虑了物理参数随温度和组分浓度的变化,建立了RDX激光点火的气相模型。利用有限差分方法,计算了激光功率密度为400 W/cm2、环境压力为0.1 MPa时RDX的点火过程。结果表明:约90%的RDX以蒸发的形式进入气相,另外的10%在液相中发生分解;气相中随着反应物的增加和温度的升高,反应逐渐加剧,最终达到点火。计算得到的点火延迟时间为10 ms,与已报道的研究结果基本一致。

关键词：激光点火 RDX 点火延迟时间数值计算

基于Monte Carlo方法的磁驱动准等熵压缩实验不确定度量化评估

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爆炸与冲击 2023年第3期43卷 1-17页

作者：潘忻彤罗斌强张旭平彭辉陈学秒王桂吉谭福利赵剑衡孙承纬中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621999 中国工程物理研究院应用电子研究所四川绵阳621999

磁驱动准等熵压缩实验是研究材料偏离Hugoniot状态高压物性和动力学行为的重要实验技术之一,开展不确定量化评估具有重要意义和价值。基于Monte Carlo原理,结合磁驱动准等熵压缩实验过程分析、Lagrange分析和特征线正向数据处理方法建... 详细信息

磁驱动准等熵压缩实验是研究材料偏离Hugoniot状态高压物性和动力学行为的重要实验技术之一,开展不确定量化评估具有重要意义和价值。基于Monte Carlo原理,结合磁驱动准等熵压缩实验过程分析、Lagrange分析和特征线正向数据处理方法建立了适用于此类实验的Monte Carlo不确定度量化评估方法,实现利用磁驱动准等熵压缩实验获取材料声速、应力、应变等物理量以及状态方程和本构关系等物理模型的不确定度量化评估。利用建立的不确定度评估方法,对文献中已开展的钽、铜和NiTi合金的磁驱动准等熵压缩实验结果进行不确定度量化评估与分析。结果表明,基于本文中方法的评估结果与国外文献以相同原理得到的评估结果一致。对基于CQ-4装置开展的NiTi合金磁驱动准等熵压缩实验的评估结果表明,设计的磁驱动准等熵压缩实验是一种可靠的精密物理实验。在此基础上,深入讨论了磁驱动准等熵压缩实验的误差相关性和敏感性。结果表明:台阶样品厚度和粒子速度的测量是影响实验精度的主要因素。

关键词：磁驱动准等熵压缩不确定度 Monte Carlo方法量化评估

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磁驱动飞片的一维磁流体动力学数值研究

计算力学学报 2008年第6期25卷 776-781页

作者：王桂吉蒋吉昊孙承纬谭福利张宁莫建军中国工程物理研究院流体物理研究所绵阳621900

磁驱动高速飞片技术是近年来发展的一种新型实验技术,在冲击波物理领域得到应用。该过程伴随着磁场扩散,并由此引起焦耳加热,使得飞片加载面的相状态发生变化,这决定了飞片厚度的范围。基于拉格朗日坐标系,利用磁流体动力学方程组、电... 详细信息

磁驱动高速飞片技术是近年来发展的一种新型实验技术,在冲击波物理领域得到应用。该过程伴随着磁场扩散,并由此引起焦耳加热,使得飞片加载面的相状态发生变化,这决定了飞片厚度的范围。基于拉格朗日坐标系,利用磁流体动力学方程组、电阻率方程和状态方程数据库,对磁驱动铝飞片进行了一维磁流体动力学数值计算,获得了不同时刻铝飞片密度、温度的剖面分布,得到了磁场扩散速率随加载电流密度的变化关系。文章所选取的电导率方程只考虑到汽化点为止,对于等离子体形成的过程无法描述,如果要精确描述更高电流密度下的驱动过程,需考虑更为普适的电导率方程。磁场扩散速率随加载电流密度的变化存在转折点,在转折点前后可分别用两个线性关系表达式加以刻画。利用这些关系和冲击波物理相关知识,对磁压加载等熵驱动飞片实验样品厚度的选择进行了研究。

关键词：磁驱动一维磁流体动力学数值计算高速飞片