铝材料界面RT不稳定性演化机理

The interface instability in metal material is a complex physical problem with multi-material, multidiscipline crossing features. This project is planned to research evolution of the interface Rayleigh-Taylor instabilities in metal material loaded by explosion gas driven aluminium.The research method involves experiment,theory and numerical simulation. The result of the interface evolution from linear to nonlinear on Rayleigh-Taylor instabilities was captured by experiment throungh X rays and DPS. The regularity and key influence factors of interface evolution from linear to nonlinear on Rayleigh-Taylor instabilities was acquired from the analyse of experiment results.A preliminary study on mechanisms of Rayleigh-Taylor instabilities evolution was acquired.It is helpful to improve the understanding on the effect of Rayleigh-Taylor interface instabilities during the inertial confinement fusion and detonation gas driven mental process.The research of Rayleigh-Taylor instabilities evolution mechanisms with strength Materials also a leading subject in explosion and impact dynamics fields with important scientific significance.

金属材料的界面不稳定性问题是一个多介质、多学科交叉的复杂物理问题。本项目拟采用理论分析、实验和数值模拟相结合的方法，研究金属铝材料在爆轰产物驱动下界面的RT不稳定性演化问题，获得铝界面不稳定性线性演化到非线性演化过程的实验结果，分析界面不稳定演化过程规律和关键影响因素，初步认识有强度材料的RT界面不稳定性发展的机理。相关研究结果对惯性约束聚变和爆轰驱动金属等研究具有重要参考价值。强度介质RT不稳定性演化机理研究也是爆炸力学和冲击动力学的前沿课题，具有重要科学意义。

金属界面Rayleigh-Taylor (RT)不稳定性不仅在惯性约束核聚变、爆炸焊接等实际工程中具有重要应用价值，同时也是研究高压、高应变率等极端条件下材料强度的有效方法。然而，由于缺乏精密的诊断和测试技术，国内在金属界面RT不稳定性的实验研究方面几乎是空白。本项目通过建立金属界面RT不稳定性实验方法，结合自研的弹塑性流体动力学程序，定量表征了1050A铝界面RT不稳定性的演化过程，研究了模式耦合效应等关键因素对金属界面RT不稳定性的影响规律。主要成果包括：（1）从实验原理、诊断和测试技术入手，建立了金属界面RT不稳定性精密实验方法，实现了1050A铝界面初始扰动形貌的精密表征、RT不稳定性演化图像的清晰捕捉以及自由面速度的精密测量；（2）获得了金属界面RT不稳定性的演化规律及高压下1050A铝的强度。界面扰动演化经历了线性和非线性阶段。考虑强度效应的线性理论模型可以较好地预测金属界面RT不稳定性演化早期的扰动增长过程。基于扰动增长法，给出了1050A铝在26 GPa左右高压下的强度模型；（3）获得了材料强度、加载强度以及模式耦合效应等关键因素对金属界面RT不稳定性扰动演化的影响规律。材料强度对RT不稳定性具有致稳作用，只考虑状态方程的纯流体模型计算结果会显著大于考虑本构方程的弹塑性固体模型的计算结果。加载强度越高，扰动振幅增长越快。模式耦合效应将导致界面中初始模式扰动的非线性演化行为，有趣的是，模式耦合效应既可能促进某一模式的扰动增长，也可能抑制另一模式的扰动增长。这些成果促进了对金属界面RT不稳定性的认识，不仅为实验获取极端条件下的金属材料强度提供了方法参考，同时为金属界面RT不稳定性的设计和主动控制提供了新的思路