磁驱动准等熵压缩下铁的相变

磁驱动准等熵加载技术是一种新型的可实现动态斜波压缩的实验技术,其加载路径介于准静态压缩(等温过程)和冲击压缩(绝热过程)之间,是联系这两种传统加载技术的桥梁.本文利用斜波加载技术完成了铁的准等熵压缩相变实验,研究了铁样品后表面声阻抗匹配对相变波形的影响;利用自由能为基础的多相物态方程方法对实验过程进行了模拟,数值模拟结果显示相变弛豫时间约30 ns,相变压力约13 GPa,计算与实验的界面速度历史基本重合;利用应力波理论对样品中的波系演化过程进行了分析,指出铁在相变混合区声速下降和窗口材料声阻抗是影响界面速度波形的主要因素.     

后表面声阻抗匹配对钛相变动力学的影响

基于磁驱动装置CQ-4开展了金属钛的斜波压缩相变实验,研究了窗口特性对钛相变动力学的影响.实验结果显示,钛后表面为较低声阻抗(自由面和Li F窗口)时,相变起始对应的粒子速度特征拐点约408.9 m/s,而高阻抗蓝宝石窗口时约373.9 m/s,这一速度特征拐点对应的压力并不是相变压力.结合基于热力学Helmholtz自由能的多相状态方程和非平衡相变速率模型开展了钛的相变动力学数值模拟研究,计算结果与三种情况的实验结果都基本吻合.计算结果显示,样品在加载面附近速度波形相同,在后表面附近由于阻抗匹配不同,波形幅值差异较大.钛的相变压力为10.5 GPa,且为率相关的非平衡相变.在压力-比容热力学平面,相变前准等熵线与冲击绝热线基本重合,相变过程在一定的压力区间内完成,进入新相后准等熵线在冲击绝热线下方.进入相变后有明显的声速下降,这是由于相变引起的比容间断造成的,相变完成后恢复到体波声速.     

氧化镉高压物性的第一性原理计算

基于第一性原理平面波赝势密度泛函方法, 研究了CdO的高压结构相变和弹性性质. 计算结果表明, 在零温下CdO从B1 结构到B2 结构的相变压强为90.31 GPa, 这与实验值和其它的理论计算结果符合的很好. 利用准谐德拜模型, 讨论了CdO在0-150GPa范围内下的压缩波速度、平均声速度和德拜温度.     

氯化钠结构相变和弹性性质的第一原理计算

基于第一性原理平面波赝势密度泛函方法，研究了NaCl的高压结构相变和弹性性质．计算结果表明，在零温下NaCl从B1结构到B2结构的相变压强为29．7GPa,这与实验值和其它的理论计算结果符合的很好．利用准谐德拜模型，讨论了NaCl在0-70GPa范围内下的德拜温度θ、压缩波速度Vp和剪切波速度Vs．     

强冲击作用下疏松锡的动态响应特性

金属材料在多次强冲击加卸载过程中的复杂动力学行为研究在惯性约束核聚变、冲击防护等领域具有重要的应用价值.多次冲击加载下,材料内部除冲击波与物质相互作用外,还包含首次加载形成的破碎体中颗粒间相互作用,研究三维分布状态已知的疏松材料冲击动态响应将有助于认识该问题.本研究以典型尺度为微米、亚毫米、毫米,初始状态清晰的三种疏松锡为实验样品;采用X光照相、激光干涉测速、可见光高速分幅照相等测试技术;实验观测了10 GPa量级冲击波作用下3种疏松锡的动力学响应.结果显示,激波过后破碎体不能被完全压实,表面产生大量远高于理论自由面速度的喷射物;波后密度、高速喷射物的状态与初始疏松态密切相关.采用SPH方法对实验结果进行了数值模拟分析,揭示了波后材料分布特征及产生高速喷射物的机理.     

增韧氧化铝陶瓷的层裂强度及压缩损伤研究

采用一级轻气炮对增韧ZTA 95/10陶瓷进行一维应变冲击压缩,通过激光干涉测速技术测量样品的自由面速度剖面,计算经过冲击压缩后残余的层裂强度,分析了其与加载应力的关系,并与未增韧的AD95陶瓷进行了对比,讨论了冲击压缩损伤程度随加载应力的变化关系以及增韧效果. 结果表明:加载应力在其雨贡纽弹性极限σ_HEL(约4.1 GPa)以下,ZTA 95/10陶瓷的层裂强度基本稳定,平均值为0.39 GPa,材料未发生压缩损伤;超过σ_HEL,层裂强度逐渐降低,开始发生压缩损伤;层裂强度在1.5倍σ_HEL附近降低到0,表明压缩损伤程度比较严重. 与AD95陶瓷相比,加载应力在3.7 GPa(AD95陶瓷的冲击压缩损伤阈值应力)以下,两种陶瓷的层裂强度基本相当;加载应力进一步增大,AD95陶瓷的层裂强度快速降低,而增韧后的ZTA 95/10陶瓷的层裂强度下降并不明显,表明ZTA 95/10陶瓷的压缩损伤程度远小于AD95陶瓷,这在一定程度上体现了增韧效果.      

氢氧化钠的高压拉曼散射研究

采用金刚石对顶砧装置,利用原位高压拉曼散射技术对氢氧化钠(NaOH)进行了系统的高压实验研究.实验所达到的最高压力约为40 GPa,测量的波数范围为55～4 000 cm~(-1).在压力研究的范围内,NaOH于0. 9 GPa时发生了一次结构相变,为正交晶体结构(α)到NiAs结构(γ)的转变.压力继续升高至最高压力约40 GPa范围内,再无相变发生.利用MS中的CESTEP模块对NaOH常压相和高压相的拉曼光谱进行了理论计算,并对两种结构的振动模式进行了指认.     

黑云二长片麻岩--榴辉岩相变的纵波速度

利用YJ-3000t压力机的弹性波速度测量装置在4.5 GPa,25～1 360℃条件下测量了黑云二长片麻岩的纵波速度,发现随温度升高,岩石的纵波速度经历了缓慢下降-逐渐升高-缓慢下降的复杂过程.详细观察相同条件下的实验产物证实黑云二长片麻岩向榴辉岩的转变是岩石纵波速度随温度升高而升高这一异常现象的主要原因,讨论了岩石中矿物相变与岩石纵波速度变化的关系.这一实验结果为初步了解陆陆俯冲过程中,俯冲陆壳的弹性波速度结构演化提供了高温高压实验资料.     

应力波在岩石直杆中传播特性及层裂研究

目的揭示冲击应力波在直杆岩体中的传播特性与层裂破坏规律,以便更好地研究围岩结构动力稳定性.方法采用RFPA~(2D-Dynamic)软件建立均匀岩石直杆数值模型Ⅰ、Ⅱ,分别施加直角三角形冲击荷载.对模型Ⅰ进行杆中及固定端应力波传播形态与理论解析对比分析,对模型Ⅱ施加5种相同峰值而持续时间不同的冲击载荷,进行直杆中应力波经自由端反射诱发层裂过程数值模拟.结果压缩应力波在固定端反射为压缩波,同时在杆两边界自由面不断产生大量剪切波和拉伸波;压缩波的峰值随着应力波的传播逐渐降低;冲击波持续时间越长,裂纹扩展范围随之扩大,萌生裂纹数量增加,裂纹间距也越长.结论冲击波传播形态数值模拟与解析理论结果具有较好的一致性;不同的冲击荷载卸荷速率对岩石直杆动态起裂位置和层裂扩展长度影响较大.     

难熔金属钽、钼、钨的高温高压状态方程及声速的第一性原理研究

难熔金属的高压熔化曲线在动-静高压实验之间存在巨大争议,而在发生冲击熔化之前是否存在固-固相变是目前的研究热点问题.本文以3种典型难熔金属钽、钼、钨为例,通过第一性原理晶格动力学方法,计算了钽、钼、钨的声子色散曲线.采用准谐近似的方法,获得了Hugoniot状态方程以及Hugoniot声速.对于钽和钨的声速计算表明,其基态体心立方结构在高压下一直保持其稳定性;而钼的晶格动力学计算表明其基态结构的稳定性在高压下消失,而钼的Hugoniot声速在175–275GPa区域内发生了拐折,这一结果证实了冲击波实验中对于钼的声速测量的结果:在210GPa压力附近声速发生间断.     

Shock wave compression of poled Pb0.99[(Zr0.90Sn0.10)0.96Ti0.04]0.98Nb0.02O3 ceramics: Depoling currents in axial and normal modes

We used a 100-mm diameter gas gun to investigate the output currents due to the sudden depolarization of poled Pb 0.99 [(Zr 0.90 Sn 0.10) 0.96 Ti 0.04 ] 0.98 Nb 0.02 O 3 ceramics under shock wave compression.We conducted shock wave experiments for the normal/axial mode with the polarization vector perpendicular/antiparallel to the shock vector.The shock pressure was in the range of 0.23 to 4.50 GPa.We measured the depoling currents under short-circuit,high-impedance,and breakdown conditions.Under the short-circuit condition,the dependence of the released charge on the shock pressure demonstrates the evolution of the ferroelectric-to-antiferroelectric phase transition.The onset pressure of the phase transition is between 0.23 and 0.61 GPa,and phase transition occurs completely above 1.22 GPa.The increasing load resistance decreases the released charge and increases the released energy.The results indicate that Pb[(ZrSn)Ti]NbOceramic is a good candidate for a pulsed power generator.     

Shock wave on materials

Shock wave is associated with dynamic loading that can result in phase transition（PT）, optical and mechanical property changing, and chemical reaction on materials. Here, we report recent progress about shockinduced PT of polycrystalline iron, the underlying mechanism of the optical emission from sapphire, and the synthesis from single-phase Ru Si in the National Key Laboratory of Shock Wave and Detonation Physics.Results indicated that grain boundary（GB） could affect the PT pressure threshold and rate of iron, the pressure threshold decreases with decreasing GB defects, and the PT rate shows a variation with increasing GB size; wavelength-dependent optical emissivity（non-gray-body emission） would be generated that was not revealed previously for shocked sapphire, and the observed luminescence was from the shock-induced shear bands, but without superheating phenomenon; shock compression could be an effective way to synthesis Ru-Si nanocrystals, when the shock pressure was appropriate; and Ru-Si powder could completely transform to fine-grain structure Cs Cl-type RuSi at 40.4 GPa.     

High-pressure sound velocity of perovskite-enstatite and the possible composition of the Earth's lower mantle

The compressional sound velocity VP for enstatite of polycrystalline specimens were measured at pressures from 40 to 140 GPa using the optical analytical techniques under shock loading. The dependence of VP (in km/s) on Hugoniot pressure (P, in GPa) can be described by lnVP = 3.079-0.691 ln(P ) + 0.094(lnP )2. VP satisfies Birch's law: VP = 4.068 + 1.677r, where ρ is corresponding density, which indicated that enstatite is stable throughout the conditions of the lower mantle. The wave velocity P is 0.5% lower and the wave velocity S is 2% higher than that of PREM respectively. We concluded that the lower mantle is mainly composed of perovskite-(Mg1-x, Fex) SiO3 and only a small amount of (Mg1-x, Fex) O is allowed in it.     

下地幔深部压力条件下顽火辉石Perovskite(MgSiO3)的冲击诱导相变

最近的计算机模拟分析和静高压实验结果都证实了钙钛矿顽火辉石Perovsk ite(M g-S iO3)在下地幔条件下发生了后钙钛矿相变(post—perovsk ite)。通过对顽火辉石动态高压实验Hugon iot数据进行分析,结果发现Perovsk ite(M gS iO3)在冲击压力为120G pa时(相当于下地幔压力)密度发生了系统性跳跃,增大了1.5%,于是我们推测顽火辉石在冲击波实验中也可能出现后钙钛矿相变,进一步的分析得到在2500K和109GPa条件下的C lapeyron斜率为4.0±0.4M Pa/k,其值和最近所得到的静高压实验、分子动力学模拟以及地球物理观测所得到的数据有很好的一致性。     

聚酯材料状态方程的实验研究

在单级轻气炮上对聚酯材料的激波状态方程进行了实验研究。最高撞击速度为526 m/s,相应在靶中得到的最高撞击压力为2.14 GPa。压力测试采用锰铜计,PVDF产生的压电信号用于判读激波速度。由实验结果拟合得到了聚酯材料的Hugoniot线性关系和多项式状态方程以及Grüneisen状态方程。     

压力导致SrZrO3和ZnCr2O4结构相变第一性原理模拟研究

采用第一性原理基于密度泛函平面波赝势方法来详细研究了 SrZrO3 和 ZnCr2O4 的结构,力学和电子性质.分别通过分析压力下 SrZrO3 的能带宽度和弹性模量,我们预测SrZrO3 分别在30 GPa 和 20～25 GPa 下发生相变.通过分析压力下 ZnCr2O4 的弹性常数,我们预测 ZnCr2O4 在 ...     

激波作用下碳纤维混凝土的压敏性试验研究

对圆柱形碳纤维混凝土试样,在激波管上进行了冲击作用试验,研究试样在激波作用下的压敏性。试验结果表明,相比60 mm长的试样,电容更大的40 mm长试样在激波作用下其电阻变化的初始阶段出现了暂态效应,验证了试样电容决定暂态效应的严重程度,并且荷载的大小对暂态效应也有影响。在激波阶跃压力持续时间段,两种长度尺寸的试样的电阻变化均出现相应的稳定平台。在相同压力作用下,长度较大的试样电阻变化更大。试样的电阻变化能较好地反映试样的受载情况。