兆巴沖擊壓力下鐵和鋁粘滯性實驗研究.pdf

1、高溫高壓下金屬物質(zhì)的粘滯性及其測量方法是凝聚態(tài)物理、武器物理、以及地球科學(xué)關(guān)注的重要課題之一，至今還沒有建立起一種公認(rèn)的實驗方法用于測量兆巴壓力下物質(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)提出過一種沖擊波小擾動方法(簡稱Sakharov實驗方法)，并用來測量過幾種金屬(包括Al，Pb，F(xiàn)e，U等等)在沖擊高壓下的剪切粘性系數(shù)。采用這種方法測得金屬在高壓下的剪切粘性系數(shù)比靜高壓實驗和分子動力學(xué)模擬方法所得到的結(jié)果高了5～6個量級，

2、同時Sakharov實驗方法中產(chǎn)生的初始流場結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且缺乏可靠的理論模型支持。所以采用新的實驗方法和理論模型，對動靜高壓測量粘性存在巨大差異的客觀性進(jìn)行驗證顯得很有必要。 本文在測量沖擊高壓下金屬剪切粘性系數(shù)的實驗技術(shù)上取得了重要進(jìn)步，提出了一套完全不同于Sakharov的實驗方法。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的沖擊波流場，該方法所獲得的初始流場比Sakharov實驗

3、所獲得的初始流場更為均勻，更為接近小擾動的條件；(b)建立并完善了一種新的離散式電探針測量技術(shù)并用于直接測量擾動波的波峰波谷距離差隨傳播距離變化特性，簡化了實驗的測試技術(shù)：(c)通過優(yōu)化設(shè)計樣品的幾何尺寸，實現(xiàn)了振幅衰減和反向振蕩過程的同時觀測，確定出衰減曲線的零相位點和最大反向點，得到了正弦沖擊波陣面陣面振幅變化的全周期過程。 運用Miller和Ahrens非理想初始條件方程對飛片碰撞實驗數(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。飛片碰撞實驗所測得金屬在高壓下的剪切粘性系數(shù)與運用Sakharov實驗方法所測得的粘性系數(shù)相差并不大，在同一量級范圍內(nèi)(103Pa·s)。 動高壓實驗在測量金屬的剪切粘性系數(shù)時，所研究的對象為固體或局部熔化的固體，而靜高壓和分