《衝擊波擾動方法研究高溫高壓下固體材料的剪下模量》是依託西南交通大學，由馬小娟擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：衝擊波擾動方法研究高溫高壓下固體材料的剪下模量
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：馬小娟
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高溫高壓力下固體材料強度特性的研究是衝擊動力學領域的重要課題之一，其中材料的剪下模量是核武器內爆過程、太空飛行器飛行防護以及核幔邊界穩定性等研究領域不可缺少的重要參量。本項目首次將衝擊波擾動方法套用於研究高壓下固體材料的強度特性，在理論上建立研究固體材料強度特性的二維流場數值分析方法以得到衝擊波流場中正弦形擾動幅度衰減特性與剪下模量之間的定量關係；在實驗上基於光纖陣列感測技術和窄脈衝光電測量技術解決衝擊波波陣面擾動幅度的準確測量問題；建立一套準確測量物質在衝擊高壓下剪下模量的實驗方法；本申請以鋁為例，在10-130GPa壓力範圍內研究金屬鋁的剪下模量及其隨衝擊壓力的變化規律。與現有測量方法相比，本項目中的衝擊波擾動方法不存在衝擊壓力和視窗的限制，且測量精度較高。開展本項研究將推動高溫高壓高應變速率條件下材料強度特性的研究，同時為武器、航天及工程爆破等工程研究提供可靠的剪下模量實驗數據。
結題摘要
高溫高壓下材料強度特性的研究是衝擊動力學領域的重要課題之一，其中材料的剪下模量和屈服強度是武器物理、地球物理及太空飛行器飛行防護等研究領域不可缺少的重要參量。本課題發展了飛片碰撞小擾動方法，將其套用於研究高壓下材料的強度特性，獲得了高壓下鋁的剪下模量和屈服強度的實驗結果。該成果具有重要的科學意義和工程套用背景。本課題在探索和完善實驗測量技術方面和數據分析方面都取得了顯著進步。主要結論如下：1.探索衝擊波波陣面擾動幅度測量新技術——光纖陣列測量技術。在合理的實驗裝配下利用五組光纖探針測量到衝擊壓力71GPa條件下衝擊波波陣面擾動到達樣品鋁斜面時的50個時間點，從而給出這一壓力下衝擊波波陣面擾動在鋁中的傳播過程。2.通過數控加工提高樣品和支架的加工精度及噴鍍法改進樣品和探針間的絕緣方法，從而提高了離散式電探針方法的測量精度。3.利用飛片碰撞小擾動方法獲得衝擊壓力30～100GPa條件下衝擊波波陣面擾動在樣品鋁中的衰減震盪過程。4.建立彈塑性模型，描繪飛片碰撞小擾動實驗流場的演化過程，並給出衝擊波波陣面擾動衰減曲線與鋁的剪下模量(和屈服強度)間的定量關聯。5.利用實驗和數值模擬相結合給出衝擊壓力30～100GPa條件下鋁的剪下模量和屈服強度均隨壓力升高而變大，低壓段與SCG模型的結果基本吻合。6.材料的粘性使得不同波長樣品中衝擊波波陣面擾動衰減曲線零幅點具有不同的橫坐標，而材料的彈塑性並不會影響此點的位置。這將是區分材料粘性和彈塑性的有效方法。本課題充分利用精度較高的飛片碰撞小擾動實驗方法和可靠的二維流場數值模擬方法，得到高壓下材料的強度特性。該方法基本滿足了材料剪下模量和屈服強度的測量要求，是研究高溫高壓下物質強度特性的的一種重要途徑。本課題在執行中修改了實驗測量方法，添加了部分研究內容，圓滿完成了項目的總體目標。
