《金屬材料界面不穩定性數值模擬》是依託中國工程物理研究院流體物理研究所，由柏勁松擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金屬材料界面不穩定性數值模擬
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：柏勁松
- 依託單位：中國工程物理研究院流體物理研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金屬材料的界面不穩定性是一個可壓縮、多介質、多學科交叉的複雜物理問題，具有迫切的國防套用背景。本項目採用數值模擬方法研究金屬材料在爆轟、衝擊等載入方式作用下界面的不穩定性演化，主要包括不同狀態方程和不同本構模型的金屬材料在混合格線內的插值和格邊處通量計算的算法設計研究，結合level set和格線自適應技術的高解析度界面處理技術研究，金屬材料界面不穩定性特性的數值模擬研究。本項目的研究結果將揭示初始擾動特徵、載入過程、材料強度等參量對金屬材料界面擾動發展演化的影響規律，有助於提高對金屬材料界面不穩定性影響因素和機理的認識，對指導和設計相關金屬材料界面不穩定性實驗，探索新原理武器等有重要套用價值，也是流體力學和爆炸與衝擊動力學的前沿課題，具有重要科學意義。
結題摘要
金屬界面不穩定性及材料混合是一種典型的跨尺度多物理複雜流動現象，受熱動力學剖面與幾何邊界（巨觀）、金屬界面初始擾動（介觀）和材料物性（微介觀）三類因素的共同控制，普遍存在於高溫、高壓等極端環境下的爆炸與衝擊過程中，如武器物理、天體物理等，具有重要的研究價值。本項目主要通過理論分析和數值模擬，建立了金屬界面不穩定性數值模擬方法，研製了專用的計算程式研製，開展了金屬界面不穩定性演化發展規律等特性的數值模擬研究，並通過數值計算初步進行了強度介質界面不穩定性實驗設計研究。本項目取得了如下重要研究結果：（1）將非線性本構模型和變壓力載入方式套用於金屬材料界面不穩定性線性穩定性分析，從理論上發展了線性穩定性分析方法。對於金屬材料界面不穩定性非線性階段，基於歐拉方法和多物質界面捕捉方法Level Set方法，研製了適用於多種物質、強衝擊、大變形的複雜流體動力學問題數值模擬研究的程式，並成功套用於衝擊動力學問題和爆轟載入問題的數值模擬；（2）對於金屬材料界面不穩定性問題，開展了多種因素界面失穩和擾動增長規律研究，主要包括初始擾動振幅、初始擾動波長、初始平板厚度、材料強度等。結果表明金屬界面不穩定性在早期存在一個線性增長階段，在相同的載入條件下，金屬界面不穩定性與初始擾動振幅、擾動波長以及平板厚度密切相關，擾動增長存在截止初始振幅、截止厚度以及增長率最大波長，材料屈服強度對金屬界面不穩定性增長的抑制作用顯著；（3）根據對金屬界面不穩定性問題的認識，設計了一類衝擊載入下由金屬材料自由面巨觀缺陷引起的界面失穩、噴射和破碎實驗，並通過數值模擬研究了這類金屬材料自由面巨觀缺陷的噴射規律。給出了銅材料自由面上Chevron、SineWave、Rectangle和Square四種典型巨觀缺陷擾動下界面失穩、破碎和噴射現象，通過數值模擬定量比較了其不同的特徵和差異性，為後續開展實驗研究奠定了理論基礎。
