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强激光加载下锡材料微喷颗粒与气体混合回收实验研究及颗粒度分析

辛建婷 赵永强 储根柏 席涛 税敏 范伟 何卫华 谷渝秋

强激光加载下锡材料微喷颗粒与气体混合回收实验研究及颗粒度分析

辛建婷, 赵永强, 储根柏, 席涛, 税敏, 范伟, 何卫华, 谷渝秋
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  • 冲击波在金属材料自由面卸载时,材料表面会形成微颗粒向外喷射,这是材料表面一种特殊的破坏形态.在内爆压缩和高压工程领域的相关物理过程中,微喷射颗粒是引起界面混合现象的重要来源,会直接影响后期的混合状态和压缩过程.而微颗粒的尺寸、形态、运动速度等是开展微喷混合过程理论和数值模拟研究的重要参数.由于实验中动态诊断的难度较大,目前已获取的微喷颗粒尺寸及分布数据十分有限.基于神光III原型激光装置,本文设计并开展了强激光驱动冲击加载,锡材料微喷颗粒经过气体区混合后,低密度泡沫材料对微颗粒进行回收分析的实验研究.通过对微喷颗粒回收样品的X光电子计算机断层扫描分析和图像重建,获得了两个典型加载压强条件下与气体混合后微喷颗粒的三维图像,通过与真空实验条件下回收微喷颗粒图像的对比分析,对混合后的微喷颗粒分布形态有了初步的认识;测量统计了回收颗粒尺寸与数目,并通过分析,给出了微喷颗粒尺寸的双指数分布规律.
    [1]

    Walsh J M, Shreffler R G, Willig F J 1953 J. Appl. Phys. 24 349

    [2]

    Asay J R, Barker L M 1974 J. Appl. Phys. 45 2540

    [3]

    Andriot P, Chapron P, Olive F 1982 AIP Conf. Proc. 78 505

    [4]

    Ogorodnikov V A, Ivanov A G, Mikhailov A L, Kryukov N I, Tolochko A P, Golubev V A 1998 Combustion, Explosion and Shock Waves 34 696

    [5]

    Zellner M B, Grover M, Hammerberg J E, Hixson R S, Iverson A J, Macrum G S, Morley K B, Obst A W, Olson R T, Payton J R, Rigg P A, Routley N, Stevens G D, Turley W D, Veeser L, Buttler W T 2007 J. Appl. Phys. 102 013522

    [6]

    Sorenson D S, Minich R W, Romero J L, Tunnell T W, Malone R M 2002 J. Appl. Phys. 92 5830

    [7]

    Signor L, Rességuier T D, Roy G, Dragon A, Lorca F 2007 AIP Conf. Proc. 955 593

    [8]

    Rességuier T D, Signor L, Dragon A, Boustie M, Berthe L 2008 Appl. Phys. Let. 92 131910

    [9]

    Signor L, Lescoute E, Loison D, Rességuier T D, Dragon A, Roy G 2010 EPJ Web Conf. 6 39012

    [10]

    Signor L, Rességuier T D, Dragon A, Roy G, Fanget A, Faessel M 2010 Int. J. Impact Eng. 37 887

    [11]

    Rességuier T D, Lescoute E, Chevalier J M, Maire P H, Breil J, Schurtz G 2012 AIP Conf. Proc. 1426 1015

    [12]

    Rességuier T D, Lescoute E, Sollier A, Prudhomme G, Mercier P 2014 J. Appl. Phys. 115 043525

    [13]

    Xin J T, Gu Y Q, Li P, Luo X, Jiang B B, Tan F, Han D, Wu Y Z, Zhao Z Q, Shu J Q, Zhang B H 2012 Acta Phys. Sin. 61 236201(in Chinese)[辛建婷, 谷渝秋, 李平, 罗炫, 蒋柏斌, 谭放, 韩丹, 巫殷忠, 赵宗清, 粟敬钦, 张保汉2012物理学报 61 236201]

    [14]

    Xin J T, He W H, Shao J L, Li J, Wang P, Gu Y Q 2014 J. Phys. D:Appl. Phys. 47 325304

    [15]

    He W H, Xin J T, Chu G B, Li J, Shao J L, Lu F, Shui M, Qian F, Cao L F, Wang P, Gu Y Q 2014 Opt. Express 22 18924

    [16]

    hang L, Li M, Zhang Y Q, He J, Shen H H, Tao Y H, Tan F L, Zhao J H 2017 Chin. J. High Press. Phys. 31 187(in Chinese)[张黎, 李牧, 张永强, 贺佳, 沈欢欢, 陶彦辉, 谭福利, 赵剑衡2017高压物理学报 31 187]

    [17]

    Oró D M, Hammerberg J E, Buttler W T, Mariam F G, Morris C, Rousculp C, Stone J B 2012 AIP Conf. Proc. 1426 1351

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    Wang P, Sun H Q, Shao J L, Qin C S, Li X Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 234703(in Chinese)[王裴, 孙海权, 邵建立, 秦承森, 李欣竹2012物理学报 61 234703]

  • [1]

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    Asay J R, Barker L M 1974 J. Appl. Phys. 45 2540

    [3]

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    hang L, Li M, Zhang Y Q, He J, Shen H H, Tao Y H, Tan F L, Zhao J H 2017 Chin. J. High Press. Phys. 31 187(in Chinese)[张黎, 李牧, 张永强, 贺佳, 沈欢欢, 陶彦辉, 谭福利, 赵剑衡2017高压物理学报 31 187]

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  • [1] 辛建婷, 谷渝秋, 李平, 罗炫, 蒋柏斌, 谭放, 韩丹, 巫殷忠, 赵宗清, 粟敬钦, 张保汉. 强激光加载下金属材料微喷回收诊断. 物理学报, 2012, 61(23): 236201. doi: 10.7498/aps.61.236201
    [2] 李彦霏, 李玉同, 朱保君, 袁大伟, 李芳, 张喆, 仲佳勇, 魏会冈, 裴晓星, 刘畅, 原晓霞, 赵家瑞, 韩波, 廖国前, 鲁欣, 华能, 朱宝强, 朱健强, 方智恒, 安红海, 黄秀光, 赵刚, 张杰. 强激光产生的强磁场及其对弓激波的影响. 物理学报, 2017, 66(9): 095202. doi: 10.7498/aps.66.095202
    [3] 何民卿, 董全力, 翁苏明, 陈民, 武慧春, 盛政明, 张杰. 强激光与稠密等离子体作用引起的冲击波加速离子的研究. 物理学报, 2009, 58(1): 363-372. doi: 10.7498/aps.58.363
    [4] 姜炜曼, 李玉同, 张喆, 朱保君, 张翌航, 袁大伟, 魏会冈, 梁贵云, 韩波, 刘畅, 原晓霞, 华能, 朱宝强, 朱健强, 方志恒, 王琛, 黄秀光, 张杰. 纳秒激光等离子体相互作用过程中激光强度对微波辐射影响的研究. 物理学报, 2019, 68(12): 125201. doi: 10.7498/aps.68.20190501
    [5] 黄仕华, 吴锋民. 外加静电场的聚焦激光脉冲真空加速电子方案. 物理学报, 2008, 57(12): 7680-7684. doi: 10.7498/aps.57.7680
    [6] 郭福明, 宋阳, 陈基根, 曾思良, 杨玉军. 含时量子蒙特卡罗方法研究两电子原子在强激光作用下电子的动力学行为. 物理学报, 2012, 61(16): 163203. doi: 10.7498/aps.61.163203
    [7] 曾贵华, 诸鸿文, 徐至展. 欠稠密等离子体中诱发的偶次相对论谐波. 物理学报, 2001, 50(10): 1946-1949. doi: 10.7498/aps.50.1946
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    [9] 原晓霞, 仲佳勇. 双等离子体团相互作用的磁流体力学模拟. 物理学报, 2017, 66(7): 075202. doi: 10.7498/aps.66.075202
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    [11] 税敏, 于明海, 储根柏, 席涛, 范伟, 赵永强, 辛建婷, 何卫华, 谷渝秋. 激光加载下金属锡材料微喷颗粒与低密度泡沫混合实验研究. 物理学报, 2019, 68(7): 076201. doi: 10.7498/aps.68.20182280
    [12] 汪 敏, 胡小方, 伍小平. 同步辐射计算机断层技术衬度误差机理分析. 物理学报, 2006, 55(8): 4065-4069. doi: 10.7498/aps.55.4065
    [13] 汪 敏, 岑豫皖, 余晓流, 胡小方, 朱佩平. 同步辐射计算机断层技术光源误差机理分析. 物理学报, 2008, 57(10): 6202-6206. doi: 10.7498/aps.57.6202
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    [15] 杨先清, 贾燕, 邓敏, 郭海萍, 唐刚, 刘甫. 垂直振动颗粒混合气体的振荡现象研究. 物理学报, 2010, 59(2): 1116-1122. doi: 10.7498/aps.59.1116
    [16] 汪 敏, 胡小方. 衍射增强计算机断层技术研究. 物理学报, 2007, 56(8): 4989-4993. doi: 10.7498/aps.56.4989
    [17] 朱振和. 脉冲主被动锁模固体激光器的理论计算(Ⅱ)——计算机模拟. 物理学报, 1985, 34(5): 611-621. doi: 10.7498/aps.34.611
    [18] 孔光临, 曾湘波, 许 颖, 刁宏伟, 廖显伯, 郝会颖. 非晶/微晶两相硅薄膜电池的计算机模拟. 物理学报, 2005, 54(7): 3370-3374. doi: 10.7498/aps.54.3370
    [19] C. S. IH, 相连钦, 王永昭, 吴继宗. 计算机产生全息光学元件用于校正椭圆高斯激光束. 物理学报, 1986, 35(2): 220-227. doi: 10.7498/aps.35.220
    [20] 王文耀, 徐勇, 张世昌. 自由电子激光计算机模拟的一种简化方法. 物理学报, 1993, 42(5): 762-768. doi: 10.7498/aps.42.762
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-04-28
  • 修回日期:  2017-06-06
  • 刊出日期:  2017-09-20

强激光加载下锡材料微喷颗粒与气体混合回收实验研究及颗粒度分析

    基金项目: 

    等离子体物理重点实验室基金(批准号:9140C680305140C68289)资助的课题.

摘要: 冲击波在金属材料自由面卸载时,材料表面会形成微颗粒向外喷射,这是材料表面一种特殊的破坏形态.在内爆压缩和高压工程领域的相关物理过程中,微喷射颗粒是引起界面混合现象的重要来源,会直接影响后期的混合状态和压缩过程.而微颗粒的尺寸、形态、运动速度等是开展微喷混合过程理论和数值模拟研究的重要参数.由于实验中动态诊断的难度较大,目前已获取的微喷颗粒尺寸及分布数据十分有限.基于神光III原型激光装置,本文设计并开展了强激光驱动冲击加载,锡材料微喷颗粒经过气体区混合后,低密度泡沫材料对微颗粒进行回收分析的实验研究.通过对微喷颗粒回收样品的X光电子计算机断层扫描分析和图像重建,获得了两个典型加载压强条件下与气体混合后微喷颗粒的三维图像,通过与真空实验条件下回收微喷颗粒图像的对比分析,对混合后的微喷颗粒分布形态有了初步的认识;测量统计了回收颗粒尺寸与数目,并通过分析,给出了微喷颗粒尺寸的双指数分布规律.

English Abstract

参考文献 (18)

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