光斑尺寸对K9玻璃近红外激光损伤阈值的影响

基于热弹性模型 ,用有限元法对不同光斑近红外激光辐照下K9玻璃样品中的温度和压力分布进行了计算。对厚 2mm、半径 10mm的圆片样品的计算结果表明 ,K9玻璃的损伤受表面环向拉伸应力的控制 ,光斑大小对损伤阈值有较大的影响 ,对光束总入射功率为 2 8kW的激光辐照 ,当光斑半径从 0 .4mm增加到 3mm时 ,损伤所需时间从 14ms增加到 1s。在一定光斑尺寸范围内 ,样品损伤 (表面拉伸断裂 )所需的激光功率密度在同一量级内变化 ,在更小光斑时 ,损伤时的最高温升趋于 5 6 5K。     

激光辐照下充压柱壳失效的三维离散元模拟

应用三维离散元方法模拟了充压柱壳在激光辐照下的破坏过程。结果表明 ,在较低功率密度和较大光斑情况下 ,光斑中央产生裂纹并沿轴向扩展引起破坏。在高功率密度和小光斑情况下 ,则产生中央穿孔破坏。对于铁合金 ,当材料的延展性较大时 ,可能产生第三种破坏形式 ,即在数十微秒量级产生较大面积的整体粉碎性爆裂。模拟结果与实验对比吻合较好。     

预应力加载下LY12-CZ激光烧蚀特性的实验与模拟研究

飞行器是激光武器的主要打击目标,对常用航空材料激光辐照响应的研究具有重要价值.本文通过实验和有限元模拟的手段,研究了预应力加载下,1080 nm连续激光烧蚀LY12-CZ铝合金的失效机理.实验结果表明,激光烧蚀沿光斑径向存在三种组织,分别为近光斑的枝晶组织、中部的等轴晶组织及远离光斑的原始组织;其中,枝晶、等轴晶组织中存在严重的Cu元素偏析,且等轴晶组织还存在较高的内应力.有限元模拟的结果表明,温度场对所施加的预应力并不敏感;烧穿孔洞形成的一个原因是局部因热软化和高水平热应力造成的屈服;预应力不能显著改变激光的烧蚀特性.     

激光与材料相互作用数据库系统的设计

用POWERBUILDER8.0和ORACLE9i设计了包括材料名称、表面状况描述、几何尺寸、激光参数、损伤模式、损伤阈值和实验条件等激光与材料相互作用数据库系统。可对激光与材料相互作用的参数数据进行输入、输出和任意条件组合的查询,可以把参数按ANSYS输入文件格式输出,作为ANSYS程序的输入文件,还可对数据库进行维护。     

激光辐照下预内压低碳钢圆柱壳爆裂断口分析

通过实验揭示了预内压低碳钢薄柱壳在激光辐照下裂纹萌生、扩展和止裂过程的较完整物理图象。对断口特性进行了深入分析，发现辐照区上裂纹的形成和扩展机制以韧性为主，断口在柱壳壁厚度方向有明显分层，如外层为塑性变形层，内层是韧窝或层状撕裂，部分试件的最内层出现脆性石头状断口。给出了激光辐照区应力分布与裂纹萌生之间的关系，同时探讨了激光辐照区材料金相组织变化对材料细观损伤和初始裂纹萌生的影响，有助于进一步对激光辐照下柱壳的断裂问题进行更深入的理论研究。     

充内压圆柱壳在激光辐照下的初始裂纹萌生机制研究

通过高速摄影在实验中观测到充压柱壳上初始裂纹萌生于激光辐照区中心．通过数值模拟、断口分析和激光辐照区材料的金相分析等手段揭示了裂纹初始萌生的物理力学机制，并进一步证实了裂纹初始萌生位置的问题．根据研究结果，确定了影响裂纹起始萌生的力学量．本项目工作的完成有助于激光辐照下充压柱壳断裂问题的深入研究．     

飞秒激光辐照铝材料的分子动力学数值模拟

采用大尺度分子动力学方法对飞秒激光辐照金属铝材料的效应进行了数值模拟。利用分子动力学方法给出了飞秒激光辐照后,材料表面发生熔化和喷溅,冷凝后形成一层很薄的多孔介质的物理图像,及产生的应力波传播过程等。数值模拟结果表明分子动力学方法可以用于飞秒激光对材料辐照效应的研究。     

基于高速图像分析的激光器光束稳定性及光斑质量评价方法研究

机载激光器的光束稳定性及光斑质量是关系到该武器系统毁伤效率的关键性因素。本文基于棱镜分光及数字图像处理技术,发展了能够在实验室实验中同时获取激光光斑位置和光强分布信息且不会对系统自身工作产生影响的方法及系统,实现了对激光光束稳定性及光斑质量的评价。该方法利用数字相机采集光斑图像,并根据像素灰度值计算光斑位置和光强分布。标定实验结果表明,该方法对光斑位置的测量误差可控制在1%以内,对光斑质量也可以实现很好的评价。     

激光破坏机理研究的一个新进展

当入射激光的波长、辐照时间、平均功率密度保持相同的条件下，改变激光的时。空结构会产生不同的破坏模式，在上述激光基本参数不变时，如何合理选择激光的时。空分布以便达到最佳的破坏效果，这类问题可称之为激光破坏机理研究中的反问题。迄今为止，人们对这一“反问题”的研究甚少。本文利用非高斯空间分布激光辐照黄铜薄片材料，产生了一种特殊的破坏模式──反冲塞效应，并对此进行了较系统的实验与理论分析，激光破坏反问题的提出和初步探索是研究激光破坏机理的一个新概念和新进展。     

激光辐照与拉伸预应力作用下复合材料试件的破坏研究

对复合材料T300/FAG80试件在室温及激光辐照下的力学性能进行了测试,得到材料的纵横向有效弹性模量以及拉压破坏强度,并分析激光参数对于材料力学性能的影响.试验采用波长为1064nm的Nd:YAG连续输出激光器,在不同拉伸预应力下,以不同功率密度激光辐照复合材料,并使用高速摄像机进行同步观测,对烧蚀破坏机理进行了分析并预测激光强度对于材料性能影响的趋势走向.使用有限元软件对激光辐照复合材料试件破坏时间进行数值建模,将计算结果与试验结果相对比,数据基本吻合.     

激光辐照诱导的热与力学效应

对激光辐照诱导的热与力学问题研究进展进行了综述,包括材料在高温、高升温速率下的本构关系,典型薄板和柱壳等结构在激光辐照下的热力破坏效应,多层材料体系的激光破坏行为等几个方面,并着重介绍了包含相变与烧蚀过程的激光破坏分析模型与机制研究,激光辐照效应的流–热–固耦合数值模拟方法,以及短脉冲激光引起的冲击与破坏机理等方面的研究新进展。     

多次激光冲击导致的Ti17合金层裂

为研究激光冲击Ti17合金中厚样品的层裂特性和层裂阈值,对样品（厚5 mm）表面进行单点连续1~8次激光冲击,激光工艺参数为:频率1 Hz,脉宽15 ns,激光能量30 J,方形光斑4 mm×4 mm。采用白光干涉仪、超声波无损检测技术和扫描电镜,分析和检测中厚样品冲击区域的表面形貌、内部损伤以及层裂形貌。实验结果表明,连续从4次到5次激光冲击中厚样品的表面凹坑深度增加值最大为64.5%。连续5次激光冲击为中厚样品层裂阈值,层裂面积随冲击次数增加而增加。连续5~8次激光冲击中厚样品层裂厚度的实验值为280~310 μm。层裂机理为韧性微孔洞的形核、增长和汇合,形成晶界失效和晶内失效。研究结果可为激光冲击强化整体叶盘改性提供工艺参考。     

充内压圆柱壳在激光辐照下的实始裂纹萌生机制研究

通过高速摄影在实验中观测到充压柱壳上初始裂纹萌生于激光辐照区中心，通过数值模拟、断口分析和激光辐我材料的金盯分析等手段揭示了裂纺初始萌生的物理力学机制，并进一步证实了裂纹初始萌生位置的问题，根据研究影响裂纹起始萌生的力学量。本项目工作的完成有且副上充压柱壳断裂问题的深入研究。     

激光冲击喷丸与激光辐照LY12铝合金材料拉伸力学行为的实验研究

为了研究激光冲击喷丸与激光辐照处理后LY12铝合金材料的微尺度变形特点和失效机理,对经过不同激光功率密度处理后的LY12铝合金材料,在扫描电镜下进行了原位拉伸力学行为和失效机理研究。在扫描电子显微镜（SEM）下,得到各组试件的拉伸载荷曲线和不同载荷下的微观区域图像,并利用数字图像相关技术进行不同载荷下的微观区域全场变形分析,并对拉伸断口形貌也进行了分析。研究表明：激光处理的功率大小对LY12铝合金拉伸最大载荷有明显的影响,激光处理的交界处有较强的应变集中。     

强脉冲激光束引起圆柱壳动屈曲破坏的理论估算

1 引言研究强激光对靶材破坏的机理,主要目的在于确定破坏阈值.高强度短脉冲激光束辐照靶材时,靶面物质由于汽化、电离向外喷射对靶材产生反冲冲量,高速冲击可能引起材料层裂等早期材料破坏效应以及由于大变形和大应变而产生的后期结构破坏效应,结构破坏阈值一般比材料破坏阈值低.本文先假设一均匀的强脉冲激光束辐照到铝材料的圆柱壳体时,壳体将受到一余弦分布的脉冲载荷,然后根据Andcrson 的假设认为壳体的变形达到某一临界值时,就会     

激光辐照下圆柱壳结构的稳定性分析

针对航天工程中常用的承受轴压作用的薄壁圆柱壳,分别采用解析方法与特征值屈曲有限元方法分析了圆柱壳结构在均匀轴压作用下的稳定性能,得到了屈曲承载力.并进行了对比,验证了有限元模型的合理性.采用线性屈曲特征值有限元方法分析了强激光辐照作用下圆柱壳的稳定性能,分析表明激光辐照导致壳体局部温度上升并由此带来材料参数的改变,是因为激光辐照在壳体中引起了热应力与热应变,使轴压圆柱壳的屈曲承载力明显降低.论文还着重对加筋圆柱壳结构的稳定性进行了研究,数值分析结果表明,加筋能有效提高圆柱壳结构的抗压承载力,激光辐照作用下,加筋对轴压作用下圆柱壳的屈曲承载力的提高作用更为明显.     

基于详细化学反应动力学的激光点火模型

为研究含能材料在激光作用下的点火特性,从基本守恒方程组出发,基于详细化学反应动力学模型,建立了含能材料激光点火的气相模型.利用所建立的模型对RDX在激光辐照下的点火过程进行了数值模拟,得到了点火过程中的瞬时温度分布和组分分布,对点火特性进行了分析.计算得到的不同激光功率密度下的RDX点火延迟时间与文献结果一致.     

1．06μm连续Nd-YAG激光辐照45^#钢靶实验研究

开展了1．06μm连续Nd—YAG激光辐照45^#钢靶的温升效应、反射率测量的实验研究。发现靶背面中心温度升到约400℃时出现拐点；连续激光作用钢靶片过程的初始阶段反射率变化微弱，对于厚1mm钢靶片，当温度升到400℃左右时反射率开始随温度升高而减小，该转折点与温度曲线出现的拐点相一致；温度升高导致的金属电导率减小和靶材表面氧化及其后的正反馈过程是材料反射率随温度升高而减小的原因。     

平面碰撞与强激光加载下金属铝的层裂行为

在轻气炮和神光Ⅱ强激光装置上开展了金属铝的层裂实验。针对激光打靶层裂实验中样品自由面速度剖面后期振荡容易丢失问题,改进靶设计,获得很好效果。利用轻气炮加载和强激光加载层裂实验应变率的显著差异,并通过数值模拟,讨论了在建立具有预测能力的理论建模中需要关注的损伤成核、演化与汇合问题中的材料特性与应变率相关特性因素。结果表明,对于我们以前建立的动态损伤与断裂模型,微孔洞成核的平均半径、阈值压力、成核速率相关参数以及微孔洞长大的阈值压力等具有材料特性属性,但微孔洞的表面能以及决定材料发生完全层裂的临界损伤度等具有明显的应变率效应。另外,分析还发现,虽然层裂强度具有明显的应变率效应,但是在样品层裂当地,样品由持续拉伸向收缩转变的临界行为,取决于一个很小的临界损伤,这个临界值很可能是材料常数,与应变率无关。     

激光驱动固体材料状态方程实验研究进展

论述了激光驱动固体材料状态方程实验研究的目的和意义,对激光驱动固体材料状态方程测量的3种基本方法进行了分析比较.综述了国内外激光状态方程实验研究的发展现状,介绍了该实验研究中新的诊断方法.