【摘 要】
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圆柱壳在内部爆炸（外爆）或外部爆炸（内爆）载荷下的结构和力学响应研究对武器设计、材料合成、安全防护等方面具有非常重要的意义。但是由于实验中的极端条件和超快的响应过程,当前难以深入认识冲击响应的过程和规律。本文通过圆柱形势能面的引入,采用非平衡分子动力学并结合嵌入原子方法（EAM）势研究了圆柱形单晶铜在柱面冲击下的响应行为。获得了以下的研究结果:通过对圆柱形样品进行内爆加载,我们详细讨论了冲击波的传
【基金项目】
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国家磁约束核聚变能发展研究专项（2018YFE0308101）; 国家自然科学基金（NSFC 51871094,51871095,NSFC-NSAF U1830138）
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圆柱壳在内部爆炸（外爆）或外部爆炸（内爆）载荷下的结构和力学响应研究对武器设计、材料合成、安全防护等方面具有非常重要的意义。但是由于实验中的极端条件和超快的响应过程,当前难以深入认识冲击响应的过程和规律。本文通过圆柱形势能面的引入,采用非平衡分子动力学并结合嵌入原子方法（EAM）势研究了圆柱形单晶铜在柱面冲击下的响应行为。获得了以下的研究结果:通过对圆柱形样品进行内爆加载,我们详细讨论了冲击波的传播和冲击熔化过程。当冲击强度较低时,在＆lt;110＆gt;方向,塑性波落后于弹性波,形成双波结构;＆lt;100＆gt;方向塑性波追赶上弹性波导致单波结构。由于冲击波在各个方向传播的速度不一样,速度波剖面由初始的圆柱面演变成方柱面。当冲击强度增加时,冲击波的各向异性消失,各个方向都呈现单波结构,速度波剖面保持初始的圆柱面。冲击波前端的样品在＆lt;110＆gt;方向发生预熔化-再结晶;在＆lt;100＆gt;方向主要是发生塑性变形。当冲击强度增加时,冲击波前端各个方向都发生冲击熔化。我们讨论了圆柱形样品在外爆加载下的熔化过程,并将结果与内爆加载进行了比较。在外爆加载的状态下,冲击波前端分别通过塑性变形和冲击熔化释放剪切应力。与内爆加载不同的是,在外爆加载的作用下,冲击波由里往外传播,能量逐渐耗散,这就导致了外爆加载发生冲击熔化所需要的冲击速度高于平面加载,更高于内爆加载。我们研究了两种加载方式下的层裂行为。内爆加载下,势能面处于圆柱形外表面,当卸载开始时,外表面粒子会自发地往外膨胀,形成卸载波,在反射波和卸载波的共同作用下形成拉伸区域,处于＆lt;110＆gt;方向的拉伸区域发生预熔化,层裂在预熔处成核;在外爆加载下,势能面处于圆柱形内表面,开始卸载时,内表面往圆心处膨胀,当压缩波传播到外表面时,外表面往外膨胀。由于冲击波在＆lt;110＆gt;方向传播的速度比较快,外表面位于＆lt;110＆gt;方向的粒子速度更大,在切向应力的作用下＆lt;100＆gt;方向形成强度比较大的拉伸状态,层裂最终在＆lt;100＆gt;方向上的孪晶界优先形成。
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