《冲击波物理：冲击物性数据》汇集凝聚态物质冲击压缩和层裂等冲击物性性能数据，包括金属单质、传统合金、多主元合金、聚合物和纤维复合材料5类材料。《冲击波物理：冲击物性数据》分为6章。第1章介绍材料表征、轻气炮工作原理、动态激光多普勒测速原理和物性测量方法。第2～6章展示具体材料冲击压缩线和层裂数据，主要包括基本材料和实验参数、材料组织结构、波剖面和数据分析，均以图表形式呈现。

目录
第1章 实验方法学 1
1.1 材料表征 1
1.1.1 X射线衍射分析 1
1.1.2 扫描电子显微镜检查法 1
1.1.3 电子背散射衍射 1
1.1.4 能量色散X射线谱 2
1.1.5 计算机断层扫描 2
1.1.6 拉曼光谱分析 2
1.1.7 超声波测速 2
1.2 轻气炮工作原理 2
1.3 动态激光多普勒测速 6
1.3.1 波的多普勒效应 6
1.3.2 两个余弦波的叠加 6
1.3.3 单激光器激光多普勒测速仪 6
1.3.4 双激光器激光多普勒测速仪 8
1.3.5 LDV时程*线数据分析 9
1.4 冲击绝热线测量 11
1.4.1 对称碰撞台阶法 12
1.4.2 冲击阻抗匹配法 14
1.4.3 反碰法 15
1.4.4 混合法 17
1.5 层裂实验 17
1.6 误差分析 21
1.6.1 测量误差 22
1.6.2 实验数据不确定度计算 22
1.7 数据说明 24
第2章 金属单质 26
2.1 Co 26
2.2 Cu 30
2.3 Fe 34
2.4 Mo 37
2.5 Nb 40
2.6 Ni 44
2.7 Ti 47
2.8 V 50
2.9 W 54
2.10 Zr 57
第3章 传统合金 61
3.1 铝合金2024 61
3.2 铝合金5083 66
3.3 铝合金6061 70
3.4 铝合金7075 74
3.5 镁合金Mg-3Al-1Zn 78
3.6 镁合金Mg-6Zn-1Zr 81
3.7 镁合金Mg-Zn-Mn 84
3.8 镁合金Mg-6Gd-3Y-0.5Zr 88
3.9 镍合金Inconel 718 92
3.10 钢：2205 双相不锈钢 95
3.11 钢：304 不锈钢 100
3.12 钢：316L 不锈钢 105
3.13 钢：Q235 108
3.14 钛合金 Ti-6Al-4V 112
3.15 铜合金 H62 (黄铜) 116
3.16 铜合金 QAl9-4 120
3.17 锌合金 3#Zn 123
第4章 多主元合金 128
4.1 AlCrFeCoNi2.1 128
4.2 Al0.1 CrFeCoNi 132
4.3 CrFeCoNi 136
4.4 CrFeCoNiCu 138
4.5 Cr20 Mn20 Fe40 Ni20 142
4.6 CrCoNi 145
第5章 聚合物 149
5.1 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂 149
5.2 聚酰胺-6(PA6) 152
5.3 聚酰胺-66(PA66) 154
5.4 聚碳酸酯(PC) 157
5.5 聚醚醚酮(PEEK) 159
5.6 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET) 162
5.7 聚酰亚胺(PI) 165
5.8 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 168
5.9 超高分子量聚乙烯(UHMWPE) 171
第6章 纤维复合材料 175
6.1 碳纤维增强环氧复合材料(CFREC) 175
6.2 碳纤维(CF)/PEEK复合材料 177
6.3 玻璃纤维(GF)/PEEK复合材料 180
参考文献 184

第1章实验方法学
　　1.1材料表征
　　1.1.1 X射线衍射分析
　　X射线衍射(XRD)用于表征材料晶体结构、相结构、晶粒尺寸、晶体学取向(织构)、应变及结晶度。结晶度表征材料分子空间排列的有序程度，是聚合物重要的材料参数，可通过比较非晶相和结晶相衍射峰的强弱来进行量化[1-3]。
　　X射线衍射源自X射线的相干弹性散射并遵守布拉格定律[4]：
　　(1.1)
　　式中，d为发生衍射晶面的间距(晶面间距或面间距)；θ为布拉格角；n为反射级数；λ为X射线的波长。实验室X射线源和同步辐射光源可用于XRD表征，获得单晶或多晶样品的一维或二维衍射图谱，用于后续的半定量或定量分析。
　　1.1.2扫描电子显微镜检查法
　　扫描电子显微镜(SEM)通过聚焦电子束扫描样品表面以产生样品的二维图像[5，6]。被加速的电子与样品相互作用并产生二次电子(由电子束从原子激发的电子)、背散射电子、衍射背散射电子、光子(用于元素分析的特征X射线和连续X射线)、可见光(阴极荧光)和热。扫描电子显微镜通常在几千伏至三十千伏的电压下工作。
　　二次电子像用于展示样品表面的形态形貌，而背散射电子(BSE)成像利用化学成分的对比度实现快速物相识别。传统电镜扫描区域范围为5μm～1cm，放大倍率范围为
　　20～30000倍，空间分辨率范围为50～100nm。
　　1.1.3电子背散射衍射
　　电子背散射衍射(EBSD)是一种利用扫描电镜电子束进行微结构(晶体取向)表征的技术[7，8]。扫描电镜主电子束流中的电子被晶体样品中的原子层衍射，衍射电子在二维探测器生成菊池带或电子背散射衍射图案。这些图案由入射电子束的漫散射和样品晶面对应的电子衍射产生，提供晶体结构、晶体取向(织构)、物相或应变的定量信息。EBSD通常借助配备了EBSD探测器的扫描电镜实现。
　　反极图(IPF)取向图、菊池带衬度(BC)图、核平均取向差(KAM)图、极图(PF)和沿材料不同方向的反极图，均可用以微观结构的可视化。反极图取向图显示沿样品表面法线方向的取向分布，其着色参考三原色(RGB)取向三角形(扇形)。菊池带衬度图的灰度值表示对应区域的花样质量或花样清晰度，反映样品的应变大小和菊池带标定质量。
　　KAM图显示表征区域的平均累积取向差，反映材料的几何必需位错密度和残余塑性变
　　形程度。极图和反极图分别描述材料特征晶面(hkl)和特征晶向[uvw]在样品坐标系下的空间分布，反映了晶体的择优取向信息。
　　1.1.4能量色散X射线谱
　　入射电子与样品原子离散轨道上的电子发生非弹性碰撞，产生元素能谱分析所需的特征X射线。安装在扫描电镜中的能量色散X射线谱(EDS)探测器可对不同元素的特征X射线进行探测，以确定特定元素的类型和占比，生成元素成分分布图[6]。
　　1.1.5计算机断层扫描
　　计算机断层扫描(CT)在样品旋转的同时获取大量的投影图像，并利用累积衰减*线计算X射线衰减特征在整个探测截面上的空间分布。扫描对象的表面和内部可重建成由体像素组成的三维结构。基于实验室和同步辐射X射线源的CT空间分辨率为0.1～10μm[9，10]。
　　1.1.6拉曼光谱分析
　　拉曼光谱分析是一种无损的分析技术，它是基于光和材料内化学键的相互作用而产生的，可以提供样品化学结构、相和形态、结晶度以及分子相互作用的详细信息，还能够提供聚合物固体、薄膜或溶液的物理化学特性信息，如聚合物的结构单元、空间构型、晶态结构、分子链的物理构象，或分子链和侧基在界面间或在各向异性材料中的排列等链取向信息等[11，12]。
　　1.1.7超声波测速
　　超声波(>20000Hz)可用于测量纵波和横波声速[13]。超声波测速利用超声波脉冲在不同传感器之间或返回到同一传感器的传输时间推测波速，其误差约为1%。
　　对于常见的各向同性多晶固体，其体波声速(CB)和泊松比可通过纵波声速(CL)
　　和横波声速(CT)推算[14]，即
　　(1.2)
　　(1.3)
　　1.2轻气炮工作原理
　　在轻气炮中，子弹由后方的高压气体驱动[15，16]。假设驱动气体为理想气体，初始压强为p0，初始密度为ρ0(下标0表示初始状态)，其绝热膨胀过程中的压强p和密度ρ满足
　　对应声速为
　　(1.4)
　　(1.5)
　　式中，γ为定压比热容和定容比热容之比；R为气体常数；T为温度；μm为驱动气体的摩尔质量。
　　设x为子弹在长度为L、内径为D的炮管中行进的距离。作用在子弹上的力为[17]
　　(1.6)
　　式中，m为子弹质量；v为子弹速度；t为时间；p为子弹后方的气体压力；pb为子弹前方的环境气体压力(炮管压力)；f为摩擦力；截面积。为简单起见，忽略pb和f，式(1.6)简化为
　　在x处的子弹速度由式(1.7)对距离x积分得到。如果驱动气室和炮管直径相同，且驱动气室的长度(x0)足够大，大到足以忽略稀疏
　　波在气室和炮管中的反射和折射，则子弹后方的压力与子弹速度存在如
　　下关系：
　　将式(1.8)代入式(1.7)得到[15，18]
　　引入恒定驱动压力下的子弹出膛速度，即
　　并以无量纲声速和无量纲速度为横纵坐标作图1.1。子弹出膛速度随着的增加而增加。由于理想气体的γ值变化范围很小(1～5/3)，出膛速度实际上只能通过增加声速来提高，例如使用小分子量气体(如氢和氦)或提升温度。
　　特定的工作气体能达到的出膛速度有限，该上限对应高压气体向真空膨胀的速度，称为逃逸速度，由式(1.11)给出[19]
　　对应时的情况。
　　式(1.18)形式简单且较为精确，因此广泛应用于轻气炮的设计中。
　　由于在众多场合中禁止使用火药，因此包括一级和二级轻气炮在内的纯气体驱动炮越发普遍。二级轻气炮系统的结构如图1.2所示。它由高压气室、用于加速活塞的泵管、用于加速子弹的发射管、泵管与发射管之间的耦合段(含带有刻痕的膜片)和靶室组成。
　　在发射前，通常需要将靶室和发射管的真空度抽至50Pa以下，并在泵管内充入工作介质，例如0.02～0.4MPa的氮气、氦气或氢气。高压气室一般填充高压氮气(如
　　20MPa)。后膛采用环绕式设计：与高压气室相连的两个入口处的高压气体为活塞提供
　　侧向压力并使其保持静止，发射时后膛塞冲出的气体推动活塞前进，且侧向的高压气体使其进一步加速。泵管内的气体受到运动活塞的压缩做功并产生温升。当一级段(泵管)气体压力达到膜片的承受极限时，耦合段膜片破裂。随后从泵管中冲出的高压气体产生膨胀，加速二级段(发射管)中的子弹。出膛处的弹速可以用磁感应测速仪、光束遮挡系统或激光多普勒测速仪测量。子弹随后撞击靶室中的目标，完成一次高速冲击测试。
　　氦气和氢气这类小分子量气体用于发射较高的弹速，空气或氮气通常用于较低弹速发射。一级轻气炮是二级轻气炮的简化版本，这两种类型轻气炮均可用于平板撞击实验和侵彻撞击实验，其速度范围为30～7000m？s。一级轻气炮的*高弹速可达1000m？s。
　　1.3动态激光多普勒测速
　　1.3.1波的多普勒效应
　　多普勒效应指由于波源和观测者之间存在相对运动，观测者感知到波频率发生变化的现象。在实验室坐标系中，观测者感知到的频率与波源发出的原始频率之间的关系为
　　式中，v为波传播的速度；vs为波源的运动速度；为观测者的运动速度。所有的速度都是非负的，如果观察者向波源移动，前方的符号为正；反之，则前方的符号为负。则恰好相反。
　　1.3.2两个余弦波的叠加
　　对于频率为f的激光，其信号的光波场可表示为余弦函数，
　　式中，A为振幅；为相位；t为时间。信号1和信号2相混，它们的波场相加为
　　其叠加后的强度为
　　由式(1.22)可知，叠加后的信号包含四个频率的交流分量和一个直流分量，交流分量的频率分别为。
　　激光多普勒测速方法中通常采用1550nm光纤激光器，该波长对应的频率为193414GHz，远高于目前常用光电探测器的带宽(100GHz以下)。因此，光电探测器作为一个天然的低通滤波器，仅允许差分频率和分量通过。式(1.22)可简化为
　　光电探测器捕获源信号和观测者信号之间的差频信号，由此得到运动物体的多普勒频移和相应的速度[21]。
　　1.3.3单激光器激光多普勒测速仪
　　对于图1.3所示的单激光器激光多普勒测速仪系统，频率为的探测激光通过光纤传输到达光纤探头，一部分被探头端面反射，另一部分透射后经速度运动样品的反光面反射为和通过同一根光纤反向传播并叠加，随后