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等熵压缩是研究材料状态方程相空间远离Hugoniot曲线区域的性质的一种重要加载手段，其实验材料的温升较小、压缩程度较高，对于高能量密度物理和武器物理的基础研究有重要意义。在已有的众多准等熵加载技术中，磁驱动准等熵加载技术具有准等熵程度高、压力范围大、实验材料种类多、效费比高等特点，目前，已达到了数百GPa的等熵压力，对武器相关材料性质和数据库的精密研究有广阔应用前景。 磁驱动准等熵压缩实验采用激光干涉仪测量样品后自由面或样品/窗口界面的速度历史，其数据处理最为成功的方法是反积分方法。与传统的Lagrange分析方法相比，该方法能有效地估算自由面（或界面）的影响，提高数据处理精度。反积分方法求解流体力学方程组反问题，与最优化方法相结合能直接计算出样品的等熵压缩线或其他物性关系（本构、化学反应、动态断裂、相交等），是一种崭新的实验数据处理方法，是冲击动力学实验发展的有效工具。 磁驱动加载技术还用于发射高速飞片，美国Sandia实验室已利用该技术获得了34km/s的宏观高速飞片，应用前景广阔。在数值计算方面，国外已开发了一维、二维磁流体力学程序，成功地用于飞片尺寸设计等。 鉴于目前国内的迫切需求，本文采用数值计算和实验相互结合的办法，对磁驱动准等熵压缩和高速飞片技术的原理、物理过程进行了分析，研制了处理实验数据的反积分程序和一维磁流体力学程序，在此基础上，开展了多种材料的准等熵压缩特性研究。 在实验研究方面，论文对于我所建成的磁驱动准等熵压缩和高速飞片实验装置CQ-1.5的主要参数进行了介绍，并详细分析了其主要部件及性能。介绍了磁驱动准等熵压缩和高速飞片实验中使用的B-dot磁探针电流测试方法和测量飞片自由面速度历史的激光干涉测试仪器，分析了其基本原理，对几种激光干涉仪各自的优缺点进行了比较。 开展了磁驱动高速飞片实验，测量获得了多发飞片的自由面速度历史，对于1.5MA驱动电流的情况，飞片的终速度已超过8.96km/s。初步开展了超高速飞片撞击45钢板试验研究，观察到了强烈的二次层裂和芯裂现象。 磁驱动高速飞片实验样品的横向尺寸设计必须在保证飞片平面度的前提下尽可能窄，以获得尽可能高的电流密度和驱动压力。而飞片的厚度设计必须保证飞片在碰撞靶板前存在一定厚度的固体密度区，当然也不能太厚，否则使得驱动质量增加，达不到预定速度。 在CQ-1.5装置上进行了Ly12铝、6061铝、45钢、紫铜等多种材料的磁驱动准等熵压缩实验，利用VISAR测速技术获得了这些样品的自由面速度历史波形，并通过优化反演计算给出了这几种材料准等熵压缩的PV关系。在紫铜样品上获得了32 GPa的等熵压力，在Ly12铝和Al-6061样品材料上获得了26GPa的等熵压力，在45钢样品上获得的等熵压力高达47.5GPa。 磁驱动准等熵压缩实验样品的横向尺寸设计必须考虑到侧向稀疏波的作用，以保证在加载过程中样品有一定的一维平面区域，在此基础上尽可能减小横向尺寸，以获得更高的等熵压力。而样品的厚度设计则必须保证没有冲击波形成的前提下，尽可能加厚。 在数值模拟研究方面，在磁流体力学方程组的基础上建立了一个简单但适用于模拟磁驱动平面飞片的磁流体力学物理模型，并使用隐式差分格式求解一维平面磁流体力学方程组，编制了相应的程序MHD-ICE。 对1～10km/s速度范围的磁驱动飞片实验进行了模拟计算，其计算给出的自由面速度历史与实验中VISAR测量的结果基本一致，计算给出的各时刻速度、压力等物理量的剖面图较完整地反映了磁驱动飞片的基本物理过程。对不同厚度的平行飞片样品的计算得出的自由面速度历史也符合磁驱动飞片的基本物理规律。对中高速度飞片的计算，误差比低速飞片要大，但仍可控制在10％以内。计算指出，驱动电流越大，获得的飞片速度越高，电流对飞片的烧蚀作用也越强，但是合理的飞片尺寸设计能够保证飞片在撞击样品靶前仍具有一定厚度的固体密度区域。 比较了飞片内部应力波传播速度与磁扩散速度，应力波传播速度明显较快，电流不可能先于应力波快速渗透到样品内部，从而，保证了在应力波到达之前飞片不会被电流产生的焦耳加热作用所破坏，同时能保证飞片最终能保持一部分固体密度状态。磁扩散速度还与电流幅值线性相关。 建立了一个与材料温度和密度相关的电导率简化经验模型，分析指出热传导对电导率计算结果影响不大，飞片介质内能量耗散的输运机制主要是磁（电流）扩散效应产生的焦耳加热。但焦耳加热项对于飞片飞行速度的计算影响很大，不考虑焦耳加热项的影响将产生超过21％的误差。磁场扩散加快和飞片温度的升高两者形成正反馈，并受驱动电流幅值的影响，幅值越高扩散越快，飞片烧蚀越厉害，进行飞片样品设计时需要适当增加飞片厚度。 对我所两发磁驱动飞片实验进行了计算，获得了与VISAR测量基本一致的结果，计算还给出了不同时刻飞片的温度分布，发现在飞行后期飞片全部熔化，这可能是实验中没有测到后期飞片自由面速度历史的原因。 在准等熵压缩实验数据处理技术研究方面，介绍了反积分方法的基本原理、差分格式和求解方法，分析了带窗口准等熵压缩实验流场反演方法的基本原理和求解过程。对最优化方法的基础理论---非线性规划作了简单介绍，针对我们的问题提出采用直接法中的坐标轮换法来进行等熵方程的优化计算，并详细介绍了该方法的求解过程，建立了确定流场反演技术中的等熵压缩方程参数的模型。最终编制了反积分计算程序。 对自由面情形和带窗口界面情形均进行了验证计算，与一维流体力学正向计算进行了比较，结果表明反积分计算给出的流场分布与其基本一致，其数值验证计算获得了与正向计算几乎重合的物理量演化历史和PV曲线。与柏劲松教授利用多介质流体力学程序设计的一个密度梯度飞片撞击样品实验进行了比较，反积分计算给出的样品撞击面上的压力历史与其计算结果几乎完全重合。 对文献中的几个磁驱动准等熵压缩实验的测量数据进行了反积分数据处理，如美国Sandia实验室Z机器上进行的Z452、Z516、Z575号实验和法国Garmat研究中心的GEPI装置上进行的252号实验等，得到了与文献处理结果基本一致的样品加载面压力历史，通过反演计算给出的PV曲线也与文献基本一致。 研究了参数初值和优化顺序对优化反演计算的影响。对于不同的初值设定，优化反演计算能给出非常稳定的优化计算结果，但对于优化反演计算的收敛速度有较大影响，改变优化计算的先后顺序后，计算给出的结果存在一定的差别，不过这种差别很小（小于0.5％）。收敛速度主要依赖于被优化的第一个参数初始值与其收敛结果的偏离程度，而对于后一个参数的初始值依赖较小。 在程序中使用的等熵压缩线方程包括Murnaghan方程、Brich方程、Hugoniot方程、Ahrens多项式方程、多项式等熵方程等多种形式。在优化反演计算中，使用的状态方程的形式对最终得到的结果几乎不产生影响。不过，使用不同的方程形式进行优化反演计算时，参数优化收敛速度是不一样的，特别是优化参数的增加会使得计算机时大幅度增加。 本文对磁驱动准等熵压缩和高速飞片的数值理论和实验方面的结果，将为进一步开展更高压力范围材料准等熵压缩特性研究和更高速度的磁驱动飞片技术研究奠定坚实基础，有关反积分数据处理技术的研究和程序的研制为今后各类冲击动力学实验提供了一个可靠的数据处理工具。 本论文部分研究内容在国内属于首次开展，其创新点表现在: 1.建立了一种崭新的流体力学方程组反问题的反积分计算技术:与一般流体力学计算程序的对流体力学方程进行空间离散再进行时间推进计算不同，本论文采用反积分方法，将流体力学方程先进行时间离散再进行反向推进。对于无冲击压缩问题的计算，以VISAR测量的自由面或自由面/透明窗口界面的速度历史作为输入数据，反推出加载面的加载历史，该方法能有效地计算自由面或界面的影响，这种计算方法在国内尚是首次。反积分方法与现代先进的VISAR技术配合，必将成为今后爆轰和冲击动力学实验研究的基本工具。 2.提出了以样品/窗口界面速度为输入数据的反积分计算方法和编码:关于带窗口样品界面速度的反积分计算，国外已经取得了很大的进展，由于涉及到武器敏感问题，仅发表了数值处理后的结果，而对方法具体细节并没有提供任何信息，本论文的这部分工作有一定的独创性。 3.研制了一维平面磁流体力学程序，并成功用于磁驱动高速平面飞片实验。 4.在CQ-1.5磁驱动实验装置上获得了45钢样品中高达47.5GPa的准等熵压力，压缩过程中没有出现任何冲击现象，在国内用其他实验技术进行的同类工作中处于领先水平。