斜波加载下介质一维等熵流动的理论研究

发布时间：2020-03-23 00:57

【摘要】：流体动力学理论研究是物质高压、高密度压缩特性研究的基础,也是极端状态物理学和力学的重要内容,有助于探索极端环境或加载条件下物质结构及其物理和力学性质,涉及数学、物理、力学等学科。特征线作为物理和数学上的重要概念,可成为流场理论研究的有效手段。首先,本文对斜波压缩实验和数据处理方法开展了调研研究。主要从实现原理、典型装置、实验能力、加载特点等方面,对两种斜波压缩实验技术(磁驱动斜波压缩实验技术和激光驱动斜波压缩实验技术)进行了介绍。随后,基于等熵流动、简单波流场、特征线等概念,从方法推导过程、方法特点、近似情况、引用假设、适用范围等方面,着重介绍了适用于斜波加载实验的主要数据处理方法,并概述了本文的研究背景和主要内容。其次,本文对特征线方法进行了梳理。介绍了普遍意义下特征线的含义和表述方法,并且对斜波压缩实验中三种常用模型在一维流场的图像和物理特性进行了整理,为后续章节提供基础。然后,本文针对样品斜波压缩的优化波形问题开展了研究。根据简单波流场特点推导出了斜波转变为冲击波的解析关系式,并依据该关系式建立加载压力历史与介质内部流场形成冲击之间相互关联过程中发现,对于每个压力值都存在一个由样品材料压缩参数和样品厚度决定的压力增长率限定值,当压力增长率超过该限定值而过于快速增长,在给定厚度区域的样品内就会产生冲击波。经过与国内外文献中有关结果对比,发现该关系式具有更加合理的物理含义,可准确确定冲击波转变点位置。这部分工作为实验上实现参数设计和波形优化过程,提供了坚实的理论基础。接着,本文针对自由面边界条件下斜波压缩流场求解问题开展了研究。利用特征线方法,在未知EOS和已知自由面速度历史条件下,给出了求解样品材料拉格朗日声速的直接计算方法。该方法在材料无强度效应的数据处理中,具有很高的精度。经过与Ls-Dyna商用软件计算结果和文献中实验结果的比对检验,发现该方法在含有材料强度效应的数据处理中,作为近似方法,在没有预设任何强度或本构模型的条件下,仍具有较好的表现,而且在一定程度上反映了材料的原始压缩特性。最后,本文对全文进行了总结与展望。给出了本文研究的主要结论和尚待进一步研究的一些问题。
【图文】：

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图１．１磁驱动斜波加载示意图逡逑方向相反的电流在电极板空腔区域产生磁场的同时，磁场由空腔经电极板内逡逑表面逐步扩散至电极板金属内部，其物理模型如图１．２所示。受到磁扩散影响，逡逑３逡逑

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Ｐｕｌｓｅｄ邋ｐｏｗｅｒ邋ｇｅｎｅｒａｔｏｒ逦Ｌｏａｄ邋ｒｅｇｉｏｎ逡逑图１．１磁驱动斜波加载示意图逡逑方向相反的电流在电极板空腔区域产生磁场的同时，磁场由空腔经电极板内逡逑表面逐步扩散至电极板金属内部，其物理模型如图１．２所示。受到磁扩散影响，，逡逑３逡逑
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O351.2

【参考文献】