摘要：含能材料在军事、民用和航天等领域具有广泛应用,极端条件下其物理化学性质会发生显著变化。通过模拟研究预测和优化含能材料性能具有重要意义,包括性能预测、优化设计、安全评估、成本效率控制等。为此,综述了极端条件下含能材料的研究背景、基本性质、模拟研究方法及进展、关键问题以及相关实验研究进展。其中,详细介绍了量子力学、分子动力学、蒙特卡罗和有限元等模拟方法及其研究进展,阐述了高压、高温、激光作用和界面效应等极端条件下模拟研究的关键问题,并列举了含能材料在撞击感度、化学释能规律、3D打印、绿色电合成、爆轰机理和超高含能材料合成等方面的实验研究进展。通过遴选代表性研究,展示了模拟研究在实际问题中的应用和解决方案。同时,介绍了一些最新研究成果,以反映该领域的最新进展和未来趋势。此外,详细讨论了跨学科研究的实现方式以及含能材料在极端条件下的安全性问题,包括可能的风险和预防措施。

摘要：基于动态三轴被动加载实验技术,建立了一种可测量吉帕量级及以下低体模量材料压强-体应变关系的被动围压SHPB实验设计方法。在该实验设计中确定了样品、封装垫块、围压套管的尺寸以及尺寸间的匹配,并对实验压强进行了限制。通过比较传统SHPB实验和被动围压SHPB实验测量LC4铝合金等效应力的方式,验证了被动围压SHPB实验压强测量的有效性;通过实验和数值模拟分析,验证了体应变测量的有效性。将设计的被动围压SHPB实验方法应用于铈,得到了铈在伽马→阿尔法相变区间完整显示的压强-体应变演化信息,且相变起始和终止压强、相变体积变化量均与静高压实验结果基本一致。这说明设计的被动围压SHPB实验方法适用于测量低体模量材料的压强-体应变关系。

摘要：在轻气炮和神光Ⅱ强激光装置上开展了金属铝的层裂实验。针对激光打靶层裂实验中样品自由面速度剖面后期振荡容易丢失问题,改进靶设计,获得很好效果。利用轻气炮加载和强激光加载层裂实验应变率的显著差异,并通过数值模拟,讨论了在建立具有预测能力的理论建模中需要关注的损伤成核、演化与汇合问题中的材料特性与应变率相关特性因素。结果表明,对于我们以前建立的动态损伤与断裂模型,微孔洞成核的平均半径、阈值压力、成核速率相关参数以及微孔洞长大的阈值压力等具有材料特性属性,但微孔洞的表面能以及决定材料发生完全层裂的临界损伤度等具有明显的应变率效应。另外,分析还发现,虽然层裂强度具有明显的应变率效应,但是在样品层裂当地,样品由持续拉伸向收缩转变的临界行为,取决于一个很小的临界损伤,这个临界值很可能是材料常数,与应变率无关。

摘要：冲击波物理与爆轰物理是发展爆轰装置物理设计,工程设计和效应研究的重点基础学科,主要研究在爆炸、冲击和能量突然沉积等强动载荷下介质、材料与结构的力学响应、效应和工程技术应用。适用于极端环境的先进瞬态光电测试技术是冲击波物理与爆轰物理研究发展的重要推动力。根据国内外冲击波与爆轰实验瞬态光电测试技术发展现状,梳理归纳了以高速摄影、X射线闪光照相、瞬态全息成像、瞬态辐射测温、瞬态干涉测速测距等为主的瞬态光电测试技术的特点和典型技术指标,总结分析了相关技术的未来发展趋势,可为我国冲击波与爆轰实验瞬态光电测试技术发展提供一定参考。

摘要：在一维流体动力学程序中,使用了JWLT状态方程,对强爆轰驱动飞片的实验模型进行了数值模拟研究,得到了炸药爆轰产物的压力和密度分布,验证了强爆轰的存在,同时得到了二级飞片自由面的速度曲线,与实验测量结果符合较好,为解释实验结果和设计新的强爆轰实验提供了计算依据,同时验证了程序的正确性。

摘要：为研究在吉帕、十微秒级缓前沿斜波作用下压装PBX炸药基体中微介观热点点火行为,设计了一种强约束压装PBX炸药非冲击点火反应驱动的斜波加载装置,基于炸药层流燃烧的燃速模型和自编的二维轴对称有限差分程序对装置输出的压力波形特性进行了分析,讨论了燃烧过程中加载炸药破碎程度和装置结构参数(壳体和隔层厚度)对输出波形的影响。计算结果表明,加载炸药破碎形成的燃烧比表面积大小是影响非冲击点火反应压力演化的关键因素,燃烧比表面积越大,输出的斜波压力越大,峰值压力可达吉帕以上,对应的压力上升前沿可从数十微秒降至数微秒。加载炸药外部壳体厚度即约束强度对非冲击点火反应产生的压力大小影响显著,壳体越厚输出的斜波压力越大。加载炸药与受试炸药之间的隔层厚度直接关系到输出至受试炸药处的斜波压力大小,随着隔层厚度的增大,输出的斜波压力以近似指数的关系衰减。参考计算结果完成了装置的结构设计,对受试PBX炸药进行了斜波加载实验,采用PVDF测得受试炸药入射界面处的压力为1.6 GPa、前沿宽度为25µs,初步证明了采用强约束压装PBX炸药非冲击点火反应实现吉帕、十微秒级斜波压力输出的可行性。

摘要：为了获取亚毫米气隙、垫层对三氨基三硝基苯(TATB)基炸药爆轰驱动飞片的影响规律,设计了亚毫米尺度气隙、垫层的精密爆轰实验,利用光子多普勒激光干涉测试技术获取了TATB基炸药在亚毫米气隙、垫层影响下的爆轰驱动飞片运动历程。实验结果表明,相较于飞片炸药紧贴状态,有亚毫米硅泡沫垫层时,飞片的起跳速度降低,最终速度反而有所提高(约20 m·s^(-1)、占比1%);而气隙对飞片运动的影响更大,最终速度提高更多(50 m·s^(-1)、2%)。同时开展了亚毫米气隙影响的数值模拟研究,结果表明,点起爆和线起爆的不同起爆方式对于飞片的运动速度历程有一定影响,但是在不同起爆方式下,气隙增大均有利于提高飞片的最终速度。亚毫米气隙对爆轰驱动飞片影响规律的理论分析结果显示,亚毫米气隙的引入使爆轰产物经过等熵膨胀后再与飞片相互作用,作用强度降低,系统熵增减小,驱动飞片的能量增加,造成了飞片最终速度的提高。不同气隙尺度下,主导机制的不同会带来对飞片运动速度历程影响规律的差别。

摘要：提出使用炸药网络爆轰技术,设计了一种新型的低速飞片击靶加载装置,结合数值模拟和实验测量,对驱动飞片的速度、平面性及装置结构参数进行了系统分析。实验结果表明,无氧铜飞片可以使直径100mm、厚度3mm的飞片在飞行距离2mm内达到稳定的飞行状态,击靶速度在200～350m/s范围内连续可调,飞片击靶平面范围大、速度均匀、平面性好,为实现低冲击应力的一维应变加载提供了参考。

摘要：设计了弹头形状和弹体结构合理的金属侵彻弹体,利用口径为320mm的平衡炮,采用次口径加载技术,将直径为136mm、长度为680mm、质量为52kg的金属侵彻体加速到1 300m/s,去侵彻尺寸为3m×3m×6m的钢筋混凝土靶。实验结果表明:次口径弹托与弹丸完全分离,弹体飞行姿态稳定,飞行攻角小于2°,弹体侵彻6m厚的钢筋混凝土后剩余速度约为260m/s。实验后回收的金属弹体结构完整,仅弹体头部存在一定塑性变形,弹体质量损失约1.2%,长度缩短约0.7%,弹靶作用过程的侵蚀现象不明显。

摘要：通过试样组件尺寸匹配设计的被动围压SHPB实验,获得了99.8%纯铈在1.7GPa静水压内的、包含γ?α相变和逆相变过渡区的室温动态静水压-体应变连续曲线。研究显示:室温铈γ→α相变是具有明显滞后现象的一级相变,而非以往研究认为的体积跃变的一级相变;相变过渡区的静水压范围是0.8~1.3GPa。逆相变过渡区的静水压范围是0.6~1.1GPa;逆相变过渡区的静水压-体应变曲线滞后于相变过渡区的静水压-体应变曲线0.15GPa静水压;在相变和逆相变过渡区内,静水压-体应变曲线按照约4.2GPa体积模量的线性关系演化;演化机制为γ和α两相均匀混合、静水压驱动两相组份转化。基于该演化机制,构建了描述相变前后和相变过程的静水压-体应变响应的三段线性模型。