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.     

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.     

冲击-斜波加载下锆的动力学特性

本文基于磁驱动装置CQ-4完成了冲击-斜波加载实验设计,开展了金属锆在不同加载条件下先冲击再斜波压缩新热力学路径下的动力学特性研究.实验结果显示,加载压力峰值约为25 GPa,三个样品的波剖面结构依次为弹塑性转变、冲击波和斜波压缩,当冲击加载压力在相变压力附近约10 GPa时可以获取含有明显相变特征的速度波剖面,而冲击压力在20 GPa时冲击波覆盖相变波,速度波剖面无法观测到10 GPa附近的双波结构.加载压力峰值约为44 GPa,速度波剖面无弹塑性转变和相变特征为单波结构.结合多相状态方程和非平衡相变速率方程对锆的冲击-斜波压缩过程进行了数值模拟,计算与实验结果吻合良好,可以较好地模拟锆的冲击-斜波压缩实验过程.     

流体模型假定下无氧铜等熵卸载线的计算与分析

等熵卸载线的研究对物态方程、冲击波在自由面的卸载等问题有重要的意义.基于流体模型假定下推导等熵线的方法,计算得到了无氧铜分别以线性和二次Hugoniot关系为参考的等熵卸载线.在P-u图中,随着初始卸载压力增大,两条等熵卸载线间偏离逐渐变大,等熵卸载线与镜像的Hugoniot线逐渐出现较大的偏离.通过与无氧铜向空气卸载实验的数据比较,采用二次Hugoniot关系为参考得到的等熵卸载线与实验结果更相符,并且自由面卸载过程近似为等熵过程分析是合理的.压力大于180GPa时,用自由面速度的1/2近似得到粒子速度的误差达5%以上,实验中试图通过测量自由面速度得到粒子速度时必须做相应的计算修正.