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马赫反射波系冲击诱导平面界面失稳的数值模拟

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第10期54卷 46-55页

作者：张恩来廖深飞邹立勇刘金宏李欣竹梁正虹中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室绵阳621900

针对实际应用中面临的马赫反射波系冲击诱导界面失稳问题,通过数值模拟研究了马赫反射波系与平面N2/Kr气体界面作用的波系和界面演化过程,并分析了界面凹腔的形成机制.结果表明,马赫反射波系对平面界面失稳的贡献分两部分:一是波系非均... 详细信息

针对实际应用中面临的马赫反射波系冲击诱导界面失稳问题,通过数值模拟研究了马赫反射波系与平面N2/Kr气体界面作用的波系和界面演化过程,并分析了界面凹腔的形成机制.结果表明,马赫反射波系对平面界面失稳的贡献分两部分:一是波系非均匀冲击引起的界面速度扰动;二是波后流场中的局部高速质量流持续驱动界面变形.马赫反射波系中的反射激波对界面演化产生重要影响,其对界面的二次冲击极大地抑制了界面的斜压涡量和速度扰动,从而抑制界面的扰动增长.在马赫反射波系冲击界面后,流场中形成了贯穿界面的剪切层结构,这些剪切层包围的高速流体持续驱动界面发生剪切变形,最终演化为凹腔结构.

关键词：激波 Richtmyer-Meshkov不稳定性马赫反射数值模拟

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

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爆炸与冲击 2024年第5期44卷 48-53页

作者：张凤国王裴王言金胡建波北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室四川绵阳621999

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... 详细信息

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。

关键词：冲击加载波形层裂损伤自由面速度数值分析

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高温高压下UH_(3)结构稳定性及其冲击分解

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高压物理学报 2024年第3期38卷 80-89页

作者：王玉锋郝龙吴凤超耿华运李俊中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室四川绵阳621999

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... 详细信息

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。

关键词： UH_(3) 氢化物状态方程高温高压结构稳定性化学分解

端到端机器学习代理模型构建及其在爆轰驱动问题中的应用

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爆炸与冲击 2024年

作者：柏劲松刘洋陈翰钟敏中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室

人工智能可以发现数据中隐藏的物理规律，机器学习可以用来定制并建立实验参数与实验结果数据之间的关联关系，端到端代理模型则可以实现工程问题的快速设计、高精度预测和敏捷迭代，特别适合于解决强非线性爆炸与冲击动力学的工程问题... 详细信息

人工智能可以发现数据中隐藏的物理规律，机器学习可以用来定制并建立实验参数与实验结果数据之间的关联关系，端到端代理模型则可以实现工程问题的快速设计、高精度预测和敏捷迭代，特别适合于解决强非线性爆炸与冲击动力学的工程问题。该论文选择了一个经典的爆轰驱动问题作为研究对象，并采用数值模拟数据作为机器学习的输入和输出。将正向模拟和逆向设计有机结合起来，构建端到端代理模型并验证模型的实用性和计算精确度。研究结果可以增强使用人工智能机器学习方法解决工程问题的信心，同时也为快速设计、高精度预测和敏捷迭代的实际应用奠定基础。

关键词：计算爆炸力学爆轰驱动人工智能机器学习端到端代理模型深度神经网络

高马赫数激波作用下单模界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性数值模拟

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爆炸与冲击 2024年第7期44卷 36-56页

作者：高士清邹立勇唐久棚李季林健宇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流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室四川绵阳621999 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所四川绵阳621000

为了研究高马赫数激波冲击下的单模界面Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性,特别是高马赫数激波带来的热化学非平衡效应的影响,采用基于有限体积方法的二维高温非平衡流动程序,利用自适应非结构网格模拟了空气中高马赫数激波冲击两侧温度不... 详细信息

为了研究高马赫数激波冲击下的单模界面Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性,特别是高马赫数激波带来的热化学非平衡效应的影响,采用基于有限体积方法的二维高温非平衡流动程序,利用自适应非结构网格模拟了空气中高马赫数激波冲击两侧温度不同的单模界面导致的RM不稳定现象。研究中涵盖了轻/重界面和重/轻界面2种情况,涉及的激波马赫数范围分别为6~9和8~11。对比了冻结流、热非平衡流和热化学非平衡流3种气体模式下的流场演化过程,揭示了扰动增长和增长率的变化规律。通过对比扰动增长的线性理论和非线性理论,分析了初始激波马赫数和初始扰动尺度的变化对RM不稳定性的影响,同时讨论了涡量场分布和环量的演化规律。结果表明,与冻结流相比,热化学非平衡流中透射激波、反射波及界面速度明显不同,扰动振幅增长率峰值降低,界面增长率脉动减弱,界面不稳定性增长速度变慢。通过对比多种理论模型和本文的数值模拟结果,发现Zhang-Sohn模型相对于其他模型更适用于高马赫数激波作用下的单模界面RM不稳定性问题。对涡量场的研究发现,有2个较强的涡量生成区域,一个位于界面上,另一个位于透射激波波后,这同低马赫数下涡量主要在界面上生成的结论显著不同。此外,热化学非平衡流中环量的幅值大小低于冻结流中的结果,这与热化学非平衡流中扰动的增长低于冻结流的结论对应。

关键词： Richtmyer-Meshkov不稳定性高马赫数激波高温非平衡效应 Zhang-Sohn模型

拉伸-扭转复合加载对镍基高温合金GH4169力学性能与变形机理的影响

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金属学报 2024年第1期60卷 30-42页

作者：杨俊杰张昌盛李洪佳谢雷王虹孙光爱中国工程物理研究院核物理与化学研究所中子物理学重点实验室绵阳621999

研究镍基高温合金在近服役条件下的力学性能与内在变形机理具有重要意义,但现有研究主要集中于单轴加载下的力学行为,多轴加载相关研究报道较少。为此,本工作对比研究了单轴和复合加载下多晶镍基高温合金GH4169的力学性能变化规律及其... 详细信息

研究镍基高温合金在近服役条件下的力学性能与内在变形机理具有重要意义,但现有研究主要集中于单轴加载下的力学行为,多轴加载相关研究报道较少。为此,本工作对比研究了单轴和复合加载下多晶镍基高温合金GH4169的力学性能变化规律及其微观变形机制差异。在25℃下对多晶镍基高温合金GH4169进行拉伸-扭转复合加载,结合SEM、TEM、EBSD和中子衍射研究了加载方式对其力学性能、微观组织以及变形机理的影响。结果表明,拉伸样品的屈服强度和极限强度均随预扭转角度增加而增大(增幅分别约为150%和13%);在20%预拉应变下,扭转样品的屈服强度和延伸率均有所增加(增幅分别约为31%和16%)。拉伸和扭转变形后样品中的位错密度明显增大;同时复合加载下位错密度相较于单轴加载略小,表明存在位错湮灭效应。预加载产生的位错强化效应提高了屈服强度,而随后复合加载下位错湮灭效应使预拉伸扭转样品的极限强度有所降低。预扭转形成梯度结构的力学强化作用一定程度上抵消了位错湮灭效应的影响。研究表明,多轴加载方式可调控材料微观结构和变形机制,进而实现材料强度和韧性的协调提升。

关键词：多晶镍基高温合金复合加载力学性能变形机理中子衍射

冲击应力和脉宽对NbTiZr中熵合金层裂的影响

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高压物理学报 2024年

作者：罗小平李绪海唐泽明李治国陈森王媛俞宇颖胡建波中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室

中、高熵合金因很好地兼顾了强度和韧性而备受关注，在多种极端工况下具有重要的应用前景。然而，在强冲击载荷等极端条件下，其动态力学行为和损伤失效机制仍不清楚。为此，研究了NbTiZr中熵合金在平板冲击载荷下的层裂损伤，探讨了冲... 详细信息

中、高熵合金因很好地兼顾了强度和韧性而备受关注，在多种极端工况下具有重要的应用前景。然而，在强冲击载荷等极端条件下，其动态力学行为和损伤失效机制仍不清楚。为此，研究了NbTiZr中熵合金在平板冲击载荷下的层裂损伤，探讨了冲击应力和加载脉宽的影响。通过波剖面分析，获得了冲击应力、加载脉宽和层裂强度信息。研究表明，NbTiZr中熵合金的层裂强度随冲击应力的增大而线性增大，随加载脉冲宽度的增大呈指数减小，介于3.77～4.80 GPa之间。利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子背散射衍射，分析了冲击加载后回收样品的微观组织结构，发现冲击应力和加载脉冲宽度对NbTiZr的层裂损伤形貌有显著影响，层裂损伤形式为准解理断裂，未观察到固-固相变或变形孪晶。

关键词： NbTiZr 层裂损伤冲击波加载历史微观结构

小尺度靶丸冲击波调控的冲击波测量技术优化及应用

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物理学报 2024年第12期73卷 267-276页

作者：杨为明段晓溪张琛理玉龙刘浩关赞洋章欢孙亮董云松杨冬王哲斌杨家敏中国工程物理研究院激光聚变研究中心绵阳621900 中国工程物理研究院等离子体物理全国重点实验室绵阳621900

激光聚变研究中,冲击波调控技术是实现靶丸压缩过程的熵增调谐,保证高性能内爆的关键实验技术.本文在十万焦耳激光装置上首次实现了0.375 mm半径小尺度内爆靶丸下双台阶辐射驱动的高精度冲击波调控实验测量.针对小靶丸下任意反射面速度... 详细信息

激光聚变研究中,冲击波调控技术是实现靶丸压缩过程的熵增调谐,保证高性能内爆的关键实验技术.本文在十万焦耳激光装置上首次实现了0.375 mm半径小尺度内爆靶丸下双台阶辐射驱动的高精度冲击波调控实验测量.针对小靶丸下任意反射面速度干涉仪(VISAR)诊断有效反射区域不足的问题,通过建立的球形反射面VISAR图像光强的理论计算方法,提出了利用锁孔(keyhole)锥反射效应提升VISAR诊断空间区域的实验技术路线,使得小靶丸尺度下有效VISAR数据区域提升了近3倍.在实验中首次获得了整形内爆实验条件下低温液氘靶的冲击波测量实验数据,实现了高精度冲击波调控实验测量.实验发现,小时空尺度内爆设计条件下,由于反射冲击波的作用,激光参数的较小偏差都会对冲击波追赶后的传输行为产生显著影响,揭示了我国当前小靶丸尺度下高性能整形内爆物理过程中冲击波传输的多因素敏感性,以及冲击波调控实验对于内爆设计验证的重要性.本文提出的小靶丸冲击波调控实验技术,不仅为我国十万焦耳激光装置上整形脉冲下熵增调谐实验的开展提供了技术基础,也对基于球汇聚压缩的超高压物理研究具有重要意义.

关键词：惯性约束聚变冲击波调控整形激光任意反射面速度干涉仪

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铁电陶瓷脉冲耐压失效分布及耐压可靠性

物理学报 2024年第10期73卷 315-320页

作者：张福平李玺钦杜金梅刘雨生叶福庆中国工程物理研究院流体物理研究所产品工程设计与制造中心绵阳621900

铁电陶瓷在高电场下的击穿问题是困扰铁电陶瓷应用的关键问题之一.本文统计了铁电陶瓷在正向脉冲电场(4.5 kV/mm)失效概率与脉冲次数的分布关系,对通过第10次脉冲耐压样品第11次的失效概率进行了分析,开展了铁电陶瓷经历万次以上的脉冲... 详细信息

铁电陶瓷在高电场下的击穿问题是困扰铁电陶瓷应用的关键问题之一.本文统计了铁电陶瓷在正向脉冲电场(4.5 kV/mm)失效概率与脉冲次数的分布关系,对通过第10次脉冲耐压样品第11次的失效概率进行了分析,开展了铁电陶瓷经历万次以上的脉冲耐压后压电常数与电滞回线测试研究.结果表明:铁电陶瓷的击穿概率与脉冲加电压次数曲线呈现典型的浴盆曲线分布,经历10次脉冲高压测试合格的样品,其脉冲耐压失效概率相比于未经历脉冲高压陶瓷样品,降低了4个数量级以上,且上述脉冲高压加载接近无损.考虑到裂纹扩展速度,多个缺陷导致的裂纹同时扩展并连通是铁电陶瓷在脉冲高电压下断裂的主要原因.

关键词：铁电陶瓷脉冲电场失效概率