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多薄层组合材料在X射线辐照下的热—力学效应研究

作　者: 佘金虎
导　师: 汤文辉
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 力学
关键词: 脉冲X射线热击波汽化反冲冲量多薄层组合材料 Hugoniot参数热分析
分类号: O434.11
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 54次
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内容摘要

本文以新型多薄层组合材料在脉冲X射线辐照下的热-力学效应为研究目标,对TC材料和GC材料准静态和动态力学性能及热物理性能进行了实验测量,建立了多薄层材料的等效模型,对多薄层组合材料在脉冲X射线辐照下的汽化反冲冲量和热击波进行了数值模拟研究。本文的主要研究成果及结论如下:1、对TC材料和GC材料的准静态压缩性能进行了实验研究,测量出了两种材料的弹性模量、泊松比和屈服强度,获得了两种材料的剪切模量分别为4.69MPa、3.29MPa。采用差示扫描量热法测量得到了TC材料和GC材料的DSC曲线,并由此得到了两种材料的比热在化学稳定状态随温度的变化规律。采用差热分析法测量得到了TC材料和GC材料的TG和DTA曲线。2、针对传统的压阻法测量系统的不足,建立了一种对称电桥测试系统。该系统电路简洁,能够方便地消除实验测量中的干扰信号,并可将冲击波压力测量范围延伸至0.2GPa左右,对于低阻抗材料在低压下的实验测量有重要价值。采用该方法在轻气炮上对TC材料和GC材料的Hugoniot参数进行了实验测量,结果分别为:C0TC=0.34 km/s,λTC=2.72;C0GC=1.23 km/s,λGC=3.02。给出了TC材料和GC材料的常态Grüneisen系数值及Grüneisen系数随比容的变化关系。3、针对脉冲X射线热击波在多薄层组合材料中可能出现的各种问题和困难,分析了采用等效模型的优越性。建立了多薄层组合材料系统的等效模型,获得了等效材料的物态方程参数。分别采用等效模型和分层模型对铝、铜和TC、GC多薄层组合材料在平面碰撞下应力波的传播进行了数值模拟检验,结果表明:在冲击载荷作用下的动态响应研究中,等效材料模型对于多薄层组合材料是适用的。4、通过物理分析,并结合数值计算中的具体情况,提出了采用压力对时间的积分来计算X射线辐照所产生的汽化反冲冲量的数值计算方法。分析表明,采用这种方法计算冲量更准确、更符合实际。5、对由TC材料和GC材料组成的多薄层组合材料在脉冲X射线辐照下汽化反冲冲量和热击波传播进行了数值模拟,得到了汽化反冲冲量和冲量耦合系数随初始能通量的变化规律和热击波传播规律。

全文目录

摘要  12-13
Abstract  13-15
第一章绪论  15-21
  1.1 引言  15-16
  1.2 国内外研究动态简介  16-19
    1.2.1 X射线热－力学效应的研究现状  16-18
    1.2.2 多薄层组合材料在脉冲辐照下热－力学效应的研究现状  18-19
  1.3 本论文的主要研究内容  19-21
第二章 TC材料和GC材料的准静态力学性能和热物性参数的实验测量  21-37
  2.1 引言  21
  2.2 TC材料和GC材料的密度测量  21-23
  2.3 TC材料和GC材料准静态压缩实验  23-28
    2.3.1 准静态压缩试件  23-24
    2.3.2 准静态压缩实验测试系统  24-25
    2.3.3 TC材料准静态压缩实验结果  25-26
    2.3.4 GC材料准静态压缩实验结果  26-28
  2.4 TC材料和GC材料的比热与热分解性能测量  28-36
    2.4.1 实验方法和装置  28-29
    2.4.2 比热的测量方法  29-30
    2.4.3 TC材料比热的测量结果  30-32
    2.4.4 TC材料转变热测量结果  32-34
    2.4.5 GC材料比热的测量结果  34-35
    2.4.6 GC材料转变热测量结果  35-36
  2.5 本章小结  36-37
第三章 TC材料和GC材料Hugoniot参数的实验测量研究  37-65
  3.1 引言  37-40
    3.1.1 Hugoniot参数的作用  37
    3.1.2 测量Hugoniot参数的基本方法  37-38
    3.1.3 锰铜传感器的发展历程及原理  38-39
    3.1.4 用压阻法测量低阻抗材料低压Hugoniot参数的困难  39-40
  3.2 压阻法测试系统改进研究  40-48
    3.2.1 传统轻气炮压阻法测试系统及弊病  40-43
    3.2.2 对称电桥压阻测试系统  43-44
    3.2.3 对称电桥压阻测试系统的应用  44-48
  3.3 TC材料和GC材料的低压Hugoniot参数测量  48-54
    3.3.1 轻气炮实验装置  48-49
    3.3.2 传感器、试样、飞片、实验弹和其他实验测量设备  49
    3.3.3 Hugoniot参数测量中的波系图与材料状态  49-51
    3.3.4 基板卸载线与基板冲击压缩线镜像线的差别  51-54
  3.4 TC材料Hugoniot参数的测量结果  54-57
  3.5 GC材料Hugoniot参数的测量结果  57-60
  3.6 Hugoniot参数测量实验中的测量不确定度分析  60-64
    3.6.1 冲击波速度的测量不确定度分析  60
    3.6.2 波后质点速度的测量不确定度分析  60-63
    3.6.3 Hugoniot参数C0 和λ的不确定度分析  63-64
  3.7 本章小结  64-65
第四章多薄层组合材料的等效简化模型研究  65-85
  4.1 引言  65-69
  4.2 多薄层组合材料的等效模型  69-73
    4.2.1 建立等效模型的基本思路  69-70
    4.2.2 等效C_0 的确定方法  70-71
    4.2.3 等效λ的确定方法  71-72
    4.2.3 等效γ0 的确定方法  72-73
  4.3 多薄层组合材料等效模型的数值检验  73-83
    4.3.1 流体动力学基本方程  73-74
    4.3.2 铝、铜多层组合材料中的冲击波  74-78
    4.3.3 TC、GC多薄层组合材料中的冲击波  78-83
  4.4 本章小结  83-85
第五章多薄层组合材料在X射线辐照下汽化反冲冲量与热击波的数值模拟研究  85-113
  5.1 引言  85
  5.2 X射线热击波的物理原理  85-89
    5.2.1 X射线热击波  85-86
    5.2.2 X射线与物质相互作用机理  86-87
    5.2.3 X射线能量沉积率  87-89
  5.3 数值模拟方法  89-93
    5.3.1 平面一维流体动力学方程组  89-91
    5.3.2 有限差分格式  91-92
    5.3.3 定解条件  92-93
  5.4 X射线辐照材料汽化规律的研究  93-101
    5.4.1 汽化反冲冲量的传统解析解  94-95
    5.4.2 反冲汽化冲量的计算方法研究  95-97
    5.4.3 计算结果分析  97-101
  5.5 多薄层组合材料中X射线热击波的数值模拟  101-111
    5.5.1 数值模拟所用参数及材料等效结构  101-103
    5.5.2 铝、铜多层组合材料X射线热击波数值检验  103-106
    5.5.3 TC、GC多薄层组合材料X射线热击波数值检验  106-109
    5.5.4 X射线辐照TC/GC多薄层组合材料的热－力学效应  109-111
  5.6 本章小结  111-113
第六章结束语  113-115
致谢  115-116
参考文献  116-126
作者在学期间取得的学术成果  126

多薄层组合材料在X射线辐照下的热—力学效应研究

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