100GPa内材料准等熵压缩特性研究

磁驱动准等熵压缩是应变率和温升介于静高压和冲击压缩之间的一种新的加载方式。研究该加载方式下材料的动力学性能，例如偏离Hugoniot特性、材料强度、高压本构等，对武器物理和高能量密度物理研究具有重要意义和应用前景。本课题基于新型的磁驱动准等熵压缩加载技术，在深化实验技术，优化负载区构型基础上，研究纯铝、无氧铜和钽等金属的材料强度，并建立其高压本构方程；开展包含本构关系的准等熵压缩数据处理方法研究；研究100GPa以下纯铝、无氧铜和钽的准等熵压缩线，结合高压本构方程参数，研究其物态方程，并分析测量的精度。研究成果对拓展冲击动力学的研究方向具有重要的意义。

电磁驱动斜波加载实验技术提供了一条实现高压力准等熵压缩的新技术途径，和冲击加载相比，其加载压力平滑上升，加载过程中温度变化较小，非常适合于研究偏离Hugoniot状态的材料高压物态方程和材料高压强度，在武器物理、天体物理、地球物理等领域具有广阔的应用前景。.本项目旨在研究准等熵压缩下包含本构关系的实验数据处理方法，以及准等熵压缩下铝、铜、钽等材料的高压物态方程和材料强度。经过四年的刻苦攻关，项目组建立了磁驱动准等熵压缩精密物理实验技术，实现了负载样品的高均匀性加载（加载压力空间不均匀度<1%），完成了实验不确定度分析和误差控制，使得等熵压缩实验材料的相对不确定度声速<1.6%，应力<2.4%, 应变<2.4%，比容<0.7% 。采用反向积分和正向计算结合的方式，建立了包含本构方程和粘性耗散的反向积分数据处理方法并编写了数据处理程序，新程序不仅具有传统反积分程序处理状态方程的能力，同时可处理本构方程和材料相变等复杂材料力学行为。基于CQ-4装置，开展了纯铝、无氧铜和钽的等熵压缩线研究，在国内首次获得了准等熵加载下金属钽近110GPa压力下的等熵压缩线，将实验结果和SESAME数据库以及不同形式物态方程的理论计算结果进行了比较，验证了实验结果的可靠性和实验精度；以此为基础，开展了等熵压缩状态下常用物态方程的适用性检验。将适用于冲击加载的双屈服面方法应用到等熵加载，开展了铝、铜、钽等材料在准等熵压缩下的高压强度和本构方程研究，并发展了传统的静水压比较方法，获得了30GPa压力范围内材料的高压强度并和其他实验数据进行了比对；以此为基础，开展了SCG高压本构模型参数的校正，获得了铝、铜和钽SCG高压本构模型参数，为动高压下材料的动力学计算提供了参考依据。