金屬錫Rayleigh-Taylor不穩定性對模型參數敏感性的數值分析

王 濤，汪 兵，林健宇，柏勁松，李 平，鐘 敏，陶 鋼

（1.中國工程物理研究院流體物理研究所，四川 綿陽 621999；2.南京理工大學能源與動力工程學院，江蘇 南京 210094）

當低密度流體在慣性力作用下加速高密度流體時，界面上的預制初始擾動會增長，這種現象稱為Rayleigh-Taylor（RT）不穩定性[1-2]。同樣，在金屬材料界面也會發生RT不穩定性，產生與流體界面不穩定性類似的尖釘和氣泡結構，但是與流體界面不穩定性的最大不同之處在于金屬材料具有強度效應，而研究表明金屬材料強度能夠抑制擾動增長[3-6]。并且，金屬的強度效應也會使金屬界面不穩定性問題比流體界面不穩定性更復雜，需要考慮的因素更多，比如金屬材料的本構方程、損傷斷裂、相變、熔化、微結構特征等。金屬界面不穩定性的發生常常預示著材料經歷高溫、高壓、高應變率等極端環境，因而常存在于慣性約束聚變[7-9]、超新星爆炸[10]、小行星撞擊[11-12]、地球內核運動和板塊構造[13-14]以及爆炸焊接等領域，因此具有重要的研究意義。

目前，金屬材料界面不穩定性的理論研究主要利用能量平衡[15-17]或力平衡[18-20]原理，推導擾動增長所滿足的色散關系，即線性分析；由于這些線性分析方法均采用理想塑性本構關系，因此預測擾動增長受到較大的限制。Bai等[21]基于能量平衡原理，采用Steinberg-Guinan（SG）和Johnson-Cook（JC）本構模型及變壓力的準等熵加載歷程，針對有限厚度金屬平板問題，推導了相應的擾動增長方程，對線性分析方法進行了拓展，使其能夠用于平面幾何……