兆巴沖擊壓力下鐵和鋁粘滯性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、高溫高壓下金屬物質(zhì)的粘滯性及其測(cè)量方法是凝聚態(tài)物理、武器物理、以及地球科學(xué)關(guān)注的重要課題之一，至今還沒(méi)有建立起一種公認(rèn)的實(shí)驗(yàn)方法用于測(cè)量兆巴壓力下物質(zhì)的剪切粘性系數(shù)值。俄羅斯科學(xué)家基于爆轟加載技術(shù)提出過(guò)一種沖擊波小擾動(dòng)方法(簡(jiǎn)稱(chēng)Sakharov實(shí)驗(yàn)方法)，并用來(lái)測(cè)量過(guò)幾種金屬(包括Al，Pb，F(xiàn)e，U等等)在沖擊高壓下的剪切粘性系數(shù)。采用這種方法測(cè)得金屬在高壓下的剪切粘性系數(shù)比靜高壓實(shí)驗(yàn)和分子動(dòng)力學(xué)模擬方法所得到的結(jié)果高了5～6個(gè)量級(jí)，

2、同時(shí)Sakharov實(shí)驗(yàn)方法中產(chǎn)生的初始流場(chǎng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且缺乏可靠的理論模型支持。所以采用新的實(shí)驗(yàn)方法和理論模型，對(duì)動(dòng)靜高壓測(cè)量粘性存在巨大差異的客觀性進(jìn)行驗(yàn)證顯得很有必要。 本文在測(cè)量沖擊高壓下金屬剪切粘性系數(shù)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)上取得了重要進(jìn)步，提出了一套完全不同于Sakharov的實(shí)驗(yàn)方法。主要結(jié)果為：(a)在氣炮加載條件下采取直接碰撞樣品波紋面的方式獲得具有正弦形幾何擾動(dòng)的沖擊波流場(chǎng)，該方法所獲得的初始流場(chǎng)比Sakharov實(shí)驗(yàn)

3、所獲得的初始流場(chǎng)更為均勻，更為接近小擾動(dòng)的條件；(b)建立并完善了一種新的離散式電探針測(cè)量技術(shù)并用于直接測(cè)量擾動(dòng)波的波峰波谷距離差隨傳播距離變化特性，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)的測(cè)試技術(shù)：(c)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)樣品的幾何尺寸，實(shí)現(xiàn)了振幅衰減和反向振蕩過(guò)程的同時(shí)觀測(cè)，確定出衰減曲線(xiàn)的零相位點(diǎn)和最大反向點(diǎn)，得到了正弦沖擊波陣面陣面振幅變化的全周期過(guò)程。 運(yùn)用Miller和Ahrens非理想初始條件方程對(duì)飛片碰撞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，求得鋁在78GPa和10

4、1GPa沖擊壓力下的剪切粘性系數(shù)分別為1350±500Pa·s和1200±500Pa·s，鐵在159GPa和103GPa沖擊壓力下的剪切粘性系數(shù)分別為1150±1000Pa·s和4800±1000Pa·s。飛片碰撞實(shí)驗(yàn)所測(cè)得金屬在高壓下的剪切粘性系數(shù)與運(yùn)用Sakharov實(shí)驗(yàn)方法所測(cè)得的粘性系數(shù)相差并不大，在同一量級(jí)范圍內(nèi)(103Pa·s)。 動(dòng)高壓實(shí)驗(yàn)在測(cè)量金屬的剪切粘性系數(shù)時(shí)，所研究的對(duì)象為固體或局部熔化的固體，而靜高壓和分