冲击压缩条件下铁的粘滞性研究

发布时间：2017-07-30 15:06

  本文关键词：冲击压缩条件下铁的粘滞性研究

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【摘要】：地球是我们赖以生存的家园,因此对于地球内部结构以及地球演化动力学过程的认识关乎我们人类的生存和发展。地球主要由地壳、地幔、地核三部分组成,由于地球内核冷却产生的热量要通过外核到达地幔边界,这将会引起核幔相互作用和地幔对流,形成地幔热柱,因而研究外核物质在高温高压条件下的输运性质,特别是粘滞性,是认识地球演化动力学过程的一个重要基础研究课题。另外研究地磁场产生机理、地震波衰减以及火山活动等问题时,也需要知道对应条件下相应物质的粘性系数值。由此可见,研究物质在高压下的粘性对我们认识地球有着重要的意义。到目前为止,人们想尽各种方法研究较高压力下铁的粘滞性,但是采用不同的方法所得的结果不尽相同：静高压实验中用落球法测量和分子动力学模拟得到铁的粘性系数数量级为10-3Pa.s；地震学通过地震波衰减测量得到地核物质的粘性系数数量级为107-1011 Pa·s；地球物理学家根据地球转动与电磁矩关联推算的内地核粘性系数数量级达1012～1017Pa.s。而且人们对于较高压力下物质粘性系数随压力的变化情况没有给出很好的规律性认识。针对这些问题,本文采用飞片碰撞小扰动实验结合数值模拟对57-114GPa压力范围内铁的等效粘性系数进行测量,并得到如下结果：1、利用飞片碰撞扰动法测量出冲击压力57GPa、81 GPa、103 GPa和114GPa条件下金属铁中冲击波阵面扰动随传播距离的变化情况。2、仿照真实实验的设计,利用二维数值模拟方法数值再现了金属铁中冲击波振面扰动随传播距离演化的全过程,并得出金属铁的等效粘性系数与扰动衰减曲线相位零点间的定量关系,由此确定57GPa、81 GPa、103GPa和114GPa压力下铁的等效粘性系数分别约为2500 Pa-s、3500 Pa·s、3500 Pa·s、2000 Pa-s.3、通过对57-114GPa压力范围内铁的等效粘性系数进行分析我们发现：铁的等效粘性系数先随压力的增加而增大,在81-103Gpa左右铁的等效粘性系数开始随压力的增加而减小。总之,本文主要通过飞片碰撞扰动法对铁的等效粘性系数进行研究,并由此得到铁在58GPa-114GPa压力范围内等效粘性系数的基本变化规律。
【关键词】：铁 冲击波 数值模拟 等效剪切粘性系数
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG141
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景及其意义10-11
• 1.2 高压下物质粘性研究的发展与现状11-15
• 1.2.1 理论模拟法11-12
• 1.2.2 实验法12-15
• 1.4 主要研究内容和研究方法15-17
• 第2章 冲击压缩下铁的粘滞性实验测量17-28
• 2.1 二级轻气炮实验原理及其冲击加载原理17-22
• 2.1.1 二级轻气炮工作原理17-18
• 2.1.2 磁测速系统的工作原理18-19
• 2.1.3 冲击加载过程分析19-22
• 2.2 实验中样品的设计22-23
• 2.3 离散式电探针测量技术23-28
• 第3章 飞片碰撞扰动法的实验信号分析28-41
• 3.1 冲击波波阵面波形轮廓的分析28-35
• 3.2 冲击波阵面传播距离35-36
• 3.3 冲击波阵面扰动振幅36-38
• 3.4 冲击波阵面扰动衰减曲线38-41
• 第4章 铁的粘滞性分析41-47
• 4.1 数值模拟41-44
• 4.2 结果分析44-47
• 全文总结47-49
• 1、本文研究的主要成果与创新之处47
• 2、尚需进一步研究解决的问题47-49
• 致谢49-50
• 参考文献50-56
• 硕士期间发表论文情况56

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本文编号：594803