金属材料冲击至熔化后的动态破碎研究

Under the loading of unsuported strong shock wave as triangular or Taylor-like wave, solid sample first is shocked to melting,then fragmented into fine liquid drops, the problem is of great interest in both science and engineerings such as the National Ignition Facility. However few data can be found on the extreme-condition fragment phenomena, and the related issues about experimental diagnostic techniques,kinetics,and the feathures of the fragment products are needing to be studied.In this proposal,we will try to develop and grip the suitable so-called Asay-Window technique first,then perform a series of experiments with two-stage gas gun to obtain experimental data on tin samples. In the meanwhile,we will dedicate ourselves to developing theoretical models about the dynamic processes the sample experiences，including shock induced solid-solid transition,shock induced melting,dynamic fragment of liquid metal,as well as the process of the fragment product cloud impacting on the window. After that we will write programs based on the models,and perform the numerical simulations of the experiments. Our studies are supposed to abundant the experimental data,and contribute to the scientific knowledges of the problem

在强三角波或Taylor波等缺乏支持的强冲击波加载下，固体材料首先被冲击至熔化，随后发生动态破碎，这种极端破坏行为国际上的研究报道甚少，其实验诊断技术、信号特征认识、实验数据的理论分析与解读，相关过程的动力学以及产物特性认识等都有待发展和揭示，其研究具有重要的科学价值，在诸如国家点火工程等大型工程中还存在重要应用。本项目针对相适宜的Asay技术，首先通过实验掌握该技术，并在二级轻气炮上开展实验，获取系列锡样品动态破碎的Asay窗测量实验数据，针对实验中样品经历的冲击固固相变、冲击熔化、动态破碎以及破碎产物云撞击窗口等物理力学过后，建立理论模型，编写模拟程序，对实验开展数值模拟，以此推进该问题的科学认识以及在有关工程中的应用。

材料在冲击至熔化或近熔化状态下发生的微层裂破碎现象是一个重要的基础科学问题，在许多大型工程中存在实际应用，但当前与之有关的实验诊断技术、信号特征认识，以及理论理解与模型都比较缺乏，有待进一步发展。本项目针对这一科学问题，致力于发展和掌握相适宜的Asay窗技术，并利用金属锡样品开展系列轻气炮实验，运用所掌握的Asay窗技术对样品微层裂破碎过程进行诊断，获取实验数据；同时致力于建立相关物理力学过程的动力学模型，并应用所建立的理论模型对实验结果进行数值模拟；致力于开展一些基于强激光设备的先进实验技术探索。项目取得了以下进展和成果：.1. 成功发展和掌握了Asay窗实验技术，而且研究揭示该技术可以清楚辨识样品微层裂破碎的不同特征分区，但实验设计很关键，如果实验设计不合理，破碎特征分区将无法分辨。.2. 实施了十三发锡样品的微层裂破碎Asay窗实验和一发锡样品的冲击相变实验，获得了完整的速度剖面实验数据。.3. 设计并实施了多发强激光加载实验，利用激光驱动x光背光照相和全息技术直观观测了破碎图像和诊断了破碎粒子的尺度。.4. 建立了Asay窗实验样品响应全过程的动力学理论模型，其中的冲击相变模型，实现了平衡相变和非平衡相变两种观点的统一描述。一般情况下，该模型为非平衡相变模型，在满足一定的条件下，则退化为平衡相变模型。.5. 对冲击相变实验和Asay窗实验开展了数值模拟，结果显示理论与实验吻合较好，初步验证了理论模型的适用性。