冲击波阵面扰动的光纤阵列测量技术及物质的高压粘性研究

摘要

高温高压状态下物质的粘性系数是凝聚态物理、地球深部动力学以及武器物理等领域中非常关注的一个重要参量，但还没有一种比较好的方法测量极端条件下物质（尤其是非金属材料）的粘性行为。在1965年，俄罗斯科学家Sakharov提出了一种冲击波阵面小扰动方法，并采用爆轰加载技术测量了几种物质（包括Al、Fe、U、Pb等）在冲击条件下的粘性系数。但是到目前为止，他们仅仅在31GPa压力下只给出了一组实验数据。然而Miller和Ahrens对Sakharov的这组实验结果做过比较严格的理论推导和分析，认为Sakharov的实验结果必须引入一个初始流场才能很好的解释。为了简化前人工作，2005年，刘福生等人在气炮加载条件下，用飞片直接碰撞样品波纹面的方式，提出了离散式电探针测量技术并且用于直接测量了物质（Al和Fe）在冲击作用下的剪切粘性系数，取得了一些有价值的结果。但是，电探针难以避免电磁场的干扰，特别对于非金属材料而言，样品导电性要求无法满足。因此，发展新的实验方法测量高温高压下非金属材料的粘性显得尤为重要。
　　 本文在测量高压下非金属材料的剪切粘性系数的实验技术方面取得了一定进展，提出了不同于前人的实验方法。主要结果如下:
　　 1、在飞片碰撞小扰动实验技术之上，建立并完善了一种新的光纤阵列实验技术，不仅避免了电磁场的干扰，简化了实验操作技术，而且可以测量非金属材料中冲击波扰动衰减特性。
　　 2、为了便于和电探针技术进行比较，运用新技术测量了Al在71GPa下的剪切粘性系数，两种方法测量结果在同一数量级。
　　 3、运用该技术首次测量了二辉橄榄岩在40GPa下的剪切粘性系数为5000Pa·s，为研究高压下非金属材料的粘性提供了一种新的技术途径。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景与研究意义

1．2 高压下物质粘性的发展与现状

1．2．1 静高压实验方法

1．2．2 动高压实验方法

1．3 主要研究内容和研究方法

第2章 测量冲击高压下粘性的实验方法

2．1 二级轻气炮实验原理及冲击加载原理

2．1．1 二级轻气炮工作原理

2．1．2 磁测速的工作原理

2．1．3 样品材料的冲击加载过程分析

2．2 光纤探针阵列实验方法的设计

2．2．1 实验样品的设计

2．2．2 电探针测量技术

2．2．3 光纤探针测量技术

2．3 光纤探针阵列方法的测量结果

第3章 光纤探针阵列技术的发展及完善

3．1 空气间隙技术参数优化

3．1．1 无气体间隙的情形

3．1．2 有气体间隙的情形

3．1．3 空气间隙厚度参数优化

3．2 光纤接受角的技术参数优化

第4章 铝和二辉橄榄岩粘性的实验信号分析

4．1 冲击波阵面的波形轮廓分析方法

4．2 初始振幅和衰减距离的计算方法

4．2．1 初始振幅的计算方法

4．2．2 衰减距离的计算方法

4．3 扰动振幅的计算方法

4．4 冲击波阵面的振荡衰减曲线

第5章 剪切粘性系数的研究

5．1 铝的粘性分析方法

5．1．1 数值方法

5．1．2 铝的粘性分析方法

5．2 二辉橄榄岩的粘性分析方法

5．3 结果误差分析

全文总结

1、本文研究的主要成果与创新之处

2、尚需进一步研究解决的问题

致谢

参考文献

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