检索结果-内蒙古大学图书馆

物理学报 2025年第1期74卷 78-84页

作者：张凤国王言金王裴王欣欣北京应用物理与计算数学研究所北京100094

构建耦合材料微介观结构信息的物理模型是损伤力学的发展趋势,同时也能不断促进数值计算方法、实验技术以及理论研究的发展.因缺乏微介观尺度孔洞分布特征的演化信息,目前的层裂损伤模型不仅在极端加载条件下的应用受到制约,同时也无法... 详细信息

构建耦合材料微介观结构信息的物理模型是损伤力学的发展趋势,同时也能不断促进数值计算方法、实验技术以及理论研究的发展.因缺乏微介观尺度孔洞分布特征的演化信息,目前的层裂损伤模型不仅在极端加载条件下的应用受到制约,同时也无法有效提供一些工程中十分关注的材料损伤与最后材料破碎颗粒度之间的关联信息,因而迫切需要发展反映损伤材料内部微介观孔洞分布特征变化规律的层裂损伤模型.通过对孔洞成核过程中各种影响因素的分析,结合孔洞早期增长的特点,同时考虑到解析求解方便,本文给出了基于余弦函数形式的孔洞成核概率分布函数,采用新的孔洞成核概率函数的解析计算结果不仅与分子动力学计算的孔洞数随时间变化结果相符,而且与损伤发展早期的金属钽层裂实验结果也符合得很好,也就是说,采用新的孔洞成核概率函数可以在一定程度上反映层裂损伤早期微孔洞分布特征的变化规律.

关键词：层裂损伤孔洞成核孔洞分布特征冲击加载

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含He泡液态金属铝的动态拉伸断裂机制与损伤模型

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金属学报 2025年第4期61卷 643-652页

作者：周婷婷赵福祺周洪强张凤国殷建伟北京应用物理与计算数学研究所

为揭示辐照缺陷（如He泡）对液态金属动态断裂的影响，并发展相应的损伤理论模型，本工作采用分子动力学模拟和连续介质力学理论计算研究了宽应变率范围内含He泡液态金属铝的动态拉伸断裂行为。模拟结果表明，在3.0×10～6～3.0... 详细信息

为揭示辐照缺陷（如He泡）对液态金属动态断裂的影响，并发展相应的损伤理论模型，本工作采用分子动力学模拟和连续介质力学理论计算研究了宽应变率范围内含He泡液态金属铝的动态拉伸断裂行为。模拟结果表明，在3.0×10～6～3.0×10～9 s-1应变率范围内，He泡增长是导致液态金属断裂的物理机制；在极高应变率下(如3.0×1010s-1)，除He泡增长，也观察到孔洞成核、增长，但He泡增长仍占据主导地位。He泡增长过程可分为快速增长和较慢增长2个阶段，该阶段性增长特征不受应变率影响，但He泡增长速率随着应变率的升高而显著增加。与液态纯Al相比，含He泡液态金属铝的动态拉伸强度显著降低，该差异在极高应变率下有所减小。进一步发展了含He泡液态金属的损伤断裂模型，采用该模型的理论计算结果与微观模拟结果在宽应变率范围内相符。

关键词：动态断裂 He泡液态金属分子动力学损伤模型

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基于简易冲击分解模型的爆轰驱动硅橡胶数值模拟及实验解读

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爆炸与冲击 2025年第1期45卷 123-132页

作者：刘军殷建伟张凤国北京应用物理与计算数学研究所北京100094

为了反映爆轰驱动下硅橡胶发生冲击分解反应的物理过程,提出了一种简易的硅橡胶冲击分解模型。基于该模型,对爆轰驱动含硅橡胶夹层钢板实验进行了模拟,并分析解读了钢板的自由面速度。结果表明,实验中硅橡胶发生了冲击分解反应,导致钢... 详细信息

为了反映爆轰驱动下硅橡胶发生冲击分解反应的物理过程,提出了一种简易的硅橡胶冲击分解模型。基于该模型,对爆轰驱动含硅橡胶夹层钢板实验进行了模拟,并分析解读了钢板的自由面速度。结果表明,实验中硅橡胶发生了冲击分解反应,导致钢板的自由面速度曲线出现了首次起跳中间速度平台及首次起跳速度峰值降低的现象。受硅橡胶冲击分解影响,首次入射波压力将在临界冲击分解压力附近弛豫一段时间,再继续升高至最高压力。该压力波作用于钢板的自由面后,出现了自由面速度在中间速度平台停留一段时间,之后继续升高至速度峰值的现象。硅橡胶冲击分解后的气相物质可压缩性较高,首次加载波内较多的能量被用于压缩气体做功,导致首次波传播至自由面时能量衰减,峰值压力降低,首次起跳速度峰值降低。

关键词：硅橡胶爆轰驱动冲击分解分解压力

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含孔洞炸药晶体HMX冲击响应的分子动力学模拟

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含能材料 2024年第1期32卷 65-75页

作者：周婷婷楼建锋北京应用物理与计算数学研究所北京100094

动载荷下炸药晶体缺陷与热点形成的关联是当前含能材料领域的研究热点之一,理解热点形成机制及其对炸药起爆和感度的影响对于炸药安全性评估和研制安全弹药至关重要。本研究采用ReaxFF反应力场和分子动力学方法,对含圆柱形孔洞的炸药单... 详细信息

动载荷下炸药晶体缺陷与热点形成的关联是当前含能材料领域的研究热点之一,理解热点形成机制及其对炸药起爆和感度的影响对于炸药安全性评估和研制安全弹药至关重要。本研究采用ReaxFF反应力场和分子动力学方法,对含圆柱形孔洞的炸药单晶奥克托金(HMX)在冲击载荷下的动态响应进行了研究,并探究了孔洞尺寸和双孔洞的影响。结果表明,冲击载荷下孔洞的塌缩过程分为3个阶段,即孔洞上游的塑性变形、上游原子向孔洞中心和下游运动形成流动原子、流动原子与下游碰撞。热点形成的主要机制是流动原子与下游碰撞使得动能转换为热能导致温度快速升高。热点的高温诱发了局部化学反应,HMX分子中N─NO2键断裂生成NO2是主要的初始反应机制。圆柱形孔洞的塌缩过程和热点形成机制与球形孔洞是相似的,但圆柱形孔洞的汇聚效应更弱、形成的流动原子速度更低,导致热点温度显著降低、化学反应更弱。此外,圆柱形孔洞在塌缩过程中在其周围形成了剪切带,这在球形孔洞中没有出现。随着孔洞尺寸的增大,流动原子的速度提高、剪切带变宽、热点温度升高且面积增大,进而引发了更剧烈的化学反应。对于沿冲击方向排布相距一个孔洞半径的双孔洞,孔洞塌缩过程与单孔洞是类似的,但由于冲击波在传过上游孔洞后压力有所降低,导致下游孔洞在塌缩过程中形成的流动原子速度更小、热点温度更低。本研究有助于深入理解晶体缺陷对炸药热点形成与起爆机理的作用,为宏观理论建模提供物理机制与规律认识。

关键词：炸药孔洞热点化学反应分子动力学

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超宽带等离子体相对论微波噪声放大器的物理分析和数值模拟

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物理学报 2023年第5期72卷 424-433页

作者：杨温渊董烨孙会芳杨郁林董志伟北京应用物理与计算数学研究所北京100094

利用全电磁粒子模拟方法对等离子体相对论微波噪声放大器(plasma relativistic microwave noise amplifier,PRNA)进行了物理分析和数值模拟.首先对无耦合时的波束色散关系进行了模拟分析,接着计算了微波线性增长率与带宽的变化规律,为... 详细信息

利用全电磁粒子模拟方法对等离子体相对论微波噪声放大器(plasma relativistic microwave noise amplifier,PRNA)进行了物理分析和数值模拟.首先对无耦合时的波束色散关系进行了模拟分析,接着计算了微波线性增长率与带宽的变化规律,为后续整体模拟时参数的选择提供了理论依据.最后对PRNA进行了整体模拟,验证了PRNA在带宽和可调谐性方面的输出优势.当等离子体束密度为1.4×10^(19)/m^(3),电子束电压和电流分别为500 kV和2 kA,外加磁场为2.0 T时,模拟获得了功率约200 MW,效率为20%的微波输出,辐射场频谱范围约为7.0—9.0 GHz,带宽达到了2 GHz,输出模式为同轴TEM模.模拟结果还表明:等离子体束的密度n_(p)和厚度Δr_(p)对束波色散关系影响较大,随着n_(p)和Δr_(p)的增加,输出微波频率呈明显上升趋势,电子束电流和电压的变化对输出频率的影响相对较小,等离子体束和电子束径向间距的变化则对输出频率基本没有影响.研究结果可为器件的进一步的优化设计提供参考依据.

关键词：相对论微波噪声放大器等离子体色散关系粒子模拟

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含氦泡辐照老化材料层裂损伤计算方法分析

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爆炸与冲击 2023年第10期43卷 87-93页

作者：张凤国刘军王言金王裴郑晖北京应用物理与计算数学研究所北京100094

辐照条件下,一些材料内部产生大量的氦泡等微缺陷,氦泡的大小和数密度随着辐照年限的增长而增长。氦泡分布特征的变化不仅影响材料本身的物理、力学性质,而且直接影响材料层裂损伤演化后期材料破坏颗粒度的分布特征。延性材料的层裂损... 详细信息

辐照条件下,一些材料内部产生大量的氦泡等微缺陷,氦泡的大小和数密度随着辐照年限的增长而增长。氦泡分布特征的变化不仅影响材料本身的物理、力学性质,而且直接影响材料层裂损伤演化后期材料破坏颗粒度的分布特征。延性材料的层裂损伤演化过程一般包括孔洞的成核、增长和汇合,但因已有孔洞对新成核孔洞存在抑制作用,当初始孔洞数密度达到一定临界值时,材料内部没有新的孔洞成核,因此,层裂损伤的计算可以不考虑新孔洞成核的影响。本文中基于损伤早期演化的特征,给出了这一临界值的计算方法,并进一步探讨了含氦泡辐照老化钚材料层裂损伤的计算方法。同时,在完善孔洞增长(void growth,VG)层裂损伤模型中参数的确定方法的基础上,借助含氦泡常规铝材料的层裂实验结果,对此问题进行了定性的分析:在氦泡尺寸变化不大的情况下,当氦泡浓度低于临界氦泡浓度时,需要考虑初始氦泡以及新增孔洞的综合影响;反之,可以采用简单的层裂损伤模型,不需要计算孔洞成核,但由于增长孔洞之间的相互影响,损伤模型的初始损伤参数需要重新确定。

关键词：氦泡层裂损伤辐照老化临界氦泡浓度

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间隙对爆轰加载下金属飞片运动特征影响的模拟分析

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爆炸与冲击 2023年第4期43卷 1-9页

作者：刘军孙致远张凤国殷建伟北京应用物理与计算数学研究所北京100094

在炸药爆轰驱动含间隙双层钢飞片情况下,两层钢飞片间的间隙会影响外层飞片的首次、二次入射波波形及强度,进而影响外层飞片自由面速度等。为了更好地认识爆轰加载条件下金属飞片的运动特征,需要深入研究间隙对该动力学过程的影响规律... 详细信息

在炸药爆轰驱动含间隙双层钢飞片情况下,两层钢飞片间的间隙会影响外层飞片的首次、二次入射波波形及强度,进而影响外层飞片自由面速度等。为了更好地认识爆轰加载条件下金属飞片的运动特征,需要深入研究间隙对该动力学过程的影响规律。首先,开展了爆轰驱动含初始间隙双层钢飞片的简化建模及数值模拟,通过模拟与实验结果的对比,验证了简化建模的合理性;然后,对该模型的加载动力学过程进行了深入分析,给出了首次、二次加载的来源;最后,开展了不同间隙厚度对该动力学过程影响的模拟分析研究。自由面速度结果表明,随着间隙厚度由0.1 mm增加至1 mm以上,外层飞片自由面的首次起跳速度峰值先逐渐降低后基本保持恒定、二次起跳速度峰值由逐渐增加至基本不变。动力学分析结果表明,可将不同间隙大小的影响分为两个阶段,其分界判据是在爆轰加载后内层金属飞片是否能够在间隙部位发展为脱体层裂片:在间隙较小的情况下,内层飞片在间隙一侧无法发展为层裂片,在此阶段内,随着间隙厚度的增加,外层飞片的首次加载峰值压力降低、二次加载峰值压力增加;在间隙较大的情况下,内层飞片在间隙一侧可以形成厚度不变、速度稳定的层裂片,在此阶段内,随着间隙厚度的增加,外层飞片的首次加载与二次加载的峰值压力均基本不变,但首次与二次加载之间的时间间隔缩短。研究结果对爆轰驱动含间隙飞片的自由面速度曲线的解读具有指导意义,从而能够更好地认识工程实验中由间隙造成的一些非预期物理现象。

关键词：爆轰驱动金属飞片间隙二次冲击

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水中金属丝电爆炸动力学过程的零维模型

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爆炸与冲击 2023年第5期43卷 148-155页

作者：薛创宁成彭先觉北京应用物理与计算数学研究所北京100094

金属丝电爆炸包含丰富的物理内容,近年来国内的实验和理论研究取得了重要进展,理解该过程有助于完善Z箍缩及磁加载等离子体动力学过程的物理建模,校验物性参数。在自相似运动假设条件下,发展了冷启动计算的水中电爆炸丝零维动力学模型... 详细信息

金属丝电爆炸包含丰富的物理内容,近年来国内的实验和理论研究取得了重要进展,理解该过程有助于完善Z箍缩及磁加载等离子体动力学过程的物理建模,校验物性参数。在自相似运动假设条件下,发展了冷启动计算的水中电爆炸丝零维动力学模型。从一维磁流体模型出发,推导了描述丝等离子体膨胀的零维动能方程和内能方程,采用实际气体状态方程和修正的李-莫尔电导率参数作为封闭条件,根据质量守恒及水中激波雨贡纽关系式获得了丝等离子体的边界条件。应用于水中铜丝电爆炸动力学过程和能量转化分析,结果表明:该零维模型的物理假设合理,在一定范围内改变丝直径等参数可产生不同的放电模式,与一维模型及实验结果符合较好,能够为同类实验的优化设计和数据分析提供参考。

关键词：电爆炸丝 Z箍缩零维模型状态方程电导率

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加载环形等离子体束的圆柱波导中慢等离子体波高频特性的数值研究

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强激光与粒子束 2024年第4期36卷 215-221页

作者：杨温渊董志伟董烨周前红北京应用物理与计算数学研究所北京100094

等离子体相对论微波发生器(PRMG)可以产生宽带高功率微波输出,同时又具有良好的频率可调谐性,因此在雷达、通信、电子对抗和物体探测等诸多领域均具有良好的应用前景。PRMG通常采用加载环形等离子体束的圆柱波导作为其波束互作用区,工... 详细信息

等离子体相对论微波发生器(PRMG)可以产生宽带高功率微波输出,同时又具有良好的频率可调谐性,因此在雷达、通信、电子对抗和物体探测等诸多领域均具有良好的应用前景。PRMG通常采用加载环形等离子体束的圆柱波导作为其波束互作用区,工作模式为慢等离子体波TM_(01)模(下称P-TM_(01)模)。P-TM_(01)模的色散特性及其变化规律对PRMG输出性能有着重要影响。利用全电磁粒子模拟程序对加载环形等离子体束的圆柱波导中P-TM_(01)模的色散特性和场分布进行了粒子模拟和分析,获得等离子体束密度n_(p)、径向厚度Δr_(p)和径向位置r_(p)以及外加引导磁场强度B_(z)和波导半径r_(w)等参数对P-TM_(01)模的色散特性和场分布的影响规律。主要研究结果包括:(1)一定范围内,n_(p)和Δr_(p)的变化对色散特性影响较大,r_(p),B_(z)和r_(w)的变化对色散特性影响较小。值得关注的是,由于波导中环形等离子体束的存在,随着波导半径r_(w)的增加,相同纵向波数k_(z)对应的P-TM_(01)模的频率没有降低而是略有提高。因此,在实际应用时,可以适当加大波导径向尺寸以提高器件功率容量;适当降低磁场,则有利于提高器件的紧凑性。(2)P-TM_(01)模的纵向电场的方向不随径向位置变化,径向电场的方向在等离子体束内外两侧相反,外侧的场分布与同轴波导中TEM模相似。(3)主要物理参数变化时,场分布基本特点不会改变。但随着纵向模式数N和k_(z)相应增加,电场能量向等离子体束收拢,不利于波束相互作用和电磁场的耦合输出。因此为了PRMG的高效运行,束波互作用的共振点最好落在k_(z)相对较小的区域。上述研究结果对PRMG的设计和优化具有一定的理论参考价值。

关键词：等离子体相对论微波发生器慢等离子体波色散特性场分布粒子模拟

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辐射,电子和离子能量方程组耦合计算的二阶时间精度分裂算法

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计算物理 2025年第2期42卷 202-210页

作者：李双贵杨容北京应用物理与计算数学研究所北京100094

采用二阶向后微分公式时间离散,分别耦合迭代算子分裂方法和微分算子分裂方法,构造辐射输运和电子、离子能量方程组二阶时间精度离散方法。采用相同时间精度离散格式,迭代算子分裂方法数值误差小于微分算子分裂方法。与一阶向后Euler时... 详细信息

采用二阶向后微分公式时间离散,分别耦合迭代算子分裂方法和微分算子分裂方法,构造辐射输运和电子、离子能量方程组二阶时间精度离散方法。采用相同时间精度离散格式,迭代算子分裂方法数值误差小于微分算子分裂方法。与一阶向后Euler时间离散方法比较,数值解误差相当时,二阶时间精度的迭代算子分裂方法时间步长大一个量级,计算量几乎没有增加,程序实现容易且健壮性好,可有效提高ICF物理模型数值模拟的计算效率。

关键词：辐射输运 3T(电子、离子和辐射)模型二阶时间精度迭代算子分裂方法微分算子分裂方法

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