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激光驱动高速飞片的实验和理论研究

本文首先介绍了激光驱动带窗口飞片技术的物理原理、研究方法和应用领域,综述了近年来国内外在该领域的实验和理论研究方面的进展并介绍了可以描述激光驱动飞片过程的瞬时等离子体驱动模型及相关的激光汽化下金属薄膜靶蒸汽的气体动力学理论。本文建立和发展了激光驱动飞片的实验系统和实验技术,获得了约7km/s的最高飞片速度,飞片具有较好的完整性和平面性。利用石英传感器测量了飞片的平均速度,系统研究了飞片的形成方式对能量耦合效率的影响。实验表明,利用小孔刀口切割形成的飞片其能量耦合效率比自由形成的飞片高一倍以上。本文建立了一个描述激光驱动过程的体烧蚀模型,在一维流体力学编码SSS的基础上进行改造,并引入列表式状态方程数据库,完成了上述模型的计算。在计算过程中有效地克服了由于小时空尺度带来的刚性困难,计算中没有发生震荡,计算结果是合理和自洽的,并与实验基本相符。利用这一模型可以得到在整个激光驱动过程中不同位置、不同时刻的压力、温度、速度、不透明度及平  (本文共120页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国工程物理研究院
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激光烧蚀固体材料引起力学效应的数值模拟研究

高强度激光照射固体靶材表面时,激光能量被靶表面的物质及附近的环境气体吸收,其中环境气体吸收激光能量后直接发生电离,形成等离子体;而固体的靶物质吸收激光能量后,局部升温、熔融、气化,直至电离,形成蒸气等离子体。激光照射靶材引起蒸气或等离子体的流体力学运动及其在凝聚态靶中的力学响应,构成了激光对靶的力学效应。激光烧蚀固体引起材料的力学效应有许多重要的应用,如激光冲击硬化、激光驱动高速飞片、激光推进、激光清除空间碎片、激光驱动准等熵、惯性约束聚变(ICF)、材料高压状态方程、高应变率下材料动态力学性能研究等。本文利用激光体烧蚀模型,根据流体力学理论并采用一维Lagrange有限差分的计算方法,对激光烧蚀固体材料引起力学效应进行了系统的数值模拟研究。本文首先简述了激光烧蚀固体引起材料的力学效应并综述了激光烧蚀固体材料引起力学效应的应用。接下来对激光辐照自由面靶引起的蒸气或等离子体的流体力学运动进行了描述,包括靶蒸汽的一维定常流动,激光烧...  (本文共133页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国工程物理研究院
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炸药强爆轰驱动高速金属飞片的实验和理论研究

本文以炸药强爆轰驱动超高速金属飞片的理论和实验作为研究内容,在学术上对于深化爆轰产物性能和强爆轰驱动理论研究具有较大的创新意义。爆轰驱动高速飞片问题是爆轰物理应用研究的主要内容之一,其研究结果对于基础科学、国防科技和国民经济建设的一些重要课题有很大的技术推动作用。本文的第一章简要介绍了用于产生动高压研究材料高压状态方程的爆轰加载技术,系统综述了强爆轰波实验方法、诊断技术、状态方程参数、平面多级串联爆炸加载装置和会聚爆轰驱动等的研究概况。本文的第二章叙述了刚性飞片撞击下炸药片中强爆轰波的传播和驱动次级飞片的理论模型的研究工作,通过对强爆轰解析模型的研究,提出了简单的模型,了解了强爆轰传播规律和加速飞片的原理。采用楔形实验方法,给出了两种炸药的强爆轰波传播速度的衰减行为。本文的第三章采用动量、能量守恒的概念,针对多级炸药/飞片系统,发展了强爆轰驱动飞片的Gurney公式,结合一级飞片的一维推体公式,对这类串联装药系统进行了优化设计,...  (本文共165页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学技术大学
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磁驱动平面加载实验技术及其在高压物态方程研究中的应用

随着近20年来脉冲功率技术的快速发展,磁驱动平面加载实验技术已逐渐成为材料超高压动态特性研究的重要手段。目前主要采用n型平行电极板结构,脉冲电流沿相反方向同时流经两个电极板,一个电极板平面上电流产生的磁场与另外一个电极平面上的电流相互作用产生平滑上升的磁压力。作为介于准静态加载和冲击加载的新型实验手段,它能同时加载多个样品或飞片,一发实验可提供样品从数十kbar到数Mbar的准等熵参考线,发射宏观铝飞片的速度已达到45km/s。磁驱动准等熵加载下的材料响应数据对于校验材料本构模型和状态方程至关重要,在材料动力学特性、武器物理、高能量密度物理和天体物理等方面也具有重要的应用前景。应用磁驱动平面加载实验技术,要获取更有应用价值的高压物态方程数据,基于装置特性提高加载能力和获取实验数据精确性显得尤为重要。准等熵加载获取的偏离Hugoniot数据对于校验状态方程的合理性至关重要,数据的不确定度决定了它的有效性和应用范围。从多个方面降低获...  (本文共143页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国工程物理研究院
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一维磁流体动力学程序SSS-MHD研究和实验构形模拟计算

由脉冲强电流流经导体电极板产生的平滑上升的磁压力对平面固体样品材料进行准等熵压缩加载,是具有重要应用前景的崭新实验技术。炸药爆轰驱动圆柱形金属套筒内爆运动,压缩其内部预置的初始磁场,在轴线附近区域达到极高磁场和磁压,是对低密度材料进行(柱形)高压等熵压缩的主要手段,也是国内新开拓的实验领域。以爆炸或冲击电流为原动力的多种多样的磁驱动、磁压缩实验技术,已成为当代高能量密度物理领域的主要加载手段之一。这类实验的特点是必须考虑作为负载的实验样品构件与传输结构及外电路的电磁相互作用,而且实验中只能使用先进的无接触、高精度光电测量技术,其设计涉及到样品构形形状、几何尺度和加载波形及时间的确定,其数据处理必须根据可测定的样品表面数据去推演样品内部的物理场分布。因此,磁驱动、磁压缩实验的数值模拟必须采用基于多物理过程的基本方程组,多介质、多空腔的样品构形以及与外电路实时耦合计算,才能给出满足设计和实验分析所需要的数据。这类实验的加载手段、电磁...  (本文共175页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国工程物理研究院
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激光驱动飞片起爆系统能量利用率的研究

激光驱动高速飞片起爆炸药,是近年先进火工品应用研究的主要方向之一。采用激光作为起爆能源,可以避免电起爆中通过电缆传输能源时产生的电磁信号。应用激光驱动飞片起爆系统,可提高武器系统本质安全性。飞片作为激光驱动飞片起爆系统的换能元部分,将激光能量转化为飞片动能,实现高速冲击炸药。当前,受限于起爆系统较低的能量利用率,激光驱动飞片起爆系统实际应用较少,改进飞片结构是提升能量利用率的关键之一。本文采用理论与实验相结合的方式,对激光驱动飞片起爆系统中的飞片展开探讨,应用复合飞片提高了飞片速度和冲击压力,有效提升了起爆系统的能量利用率。(1)通过激光驱动飞片各过程损失能量的计算,提出飞片速度的能量解析法。应用该方法分析了复合飞片提升起爆系统能量利用率的可行性,对复合飞片中吸收层、隔热层的影响展开了探讨。通过p2τ判据,推算出飞片冲击起爆1.60g·cm-3PETN的临界值。利用LS-DYNA程序对激光驱动飞片起爆1.60g·cm-3PETN...  (本文共76页) 本文目录 | 阅读全文>>