强激光的热与力学效应研究.ppt

连续激光热－力效应的计算方法 气流/激光/结构的耦合求解 — 流场+热传导+烧蚀＋结构运动破坏 流动计算 — 边界运动、气动力/热、氧分压 烧蚀计算 — 烧蚀：相变、热解、氧化、剥蚀等 — 激光等热源、热传导、辐射、损耗 固体模型 — 烧蚀微结构的热物性和本构模型 含烧蚀过程的流-热-固耦合计算方法 报告提纲 一、引言 二、脉冲激光诱导的爆炸与冲击效应 三、连续激光对复合材料的辐照效应 四、激光应用中重要的力学问题 “做重要的问题，而不是热闹的问题； 做国家需要的事，而不是自己已经会做的事” * * （1）侦察、传输、指挥和打击等多功能于一身 （2）海、陆、空、全方位覆盖 （3）例如阿富汗战争中取得显著成效，实施决定性的打击； （4）美国无人机研发投入不断增大，2.84亿——37.66亿 * * 10^9/s加载时出现B19,B19’共存结构，并且出现原子堆垛和多重孪晶结果，卸载后为B2结构、原子堆垛和孪晶共存结果。10^10/s时没有出现B19’结果，原子结构从B19变为局部原子无序，没有产生孪晶结构，卸载后为B2结构和部分非晶共存。随着应变率的升高，晶体没有出现B19’(马氏体结构)而出现非晶的现象，与我们的实验观察结果一致。 * * 脉宽、光斑尺寸和约束层厚度按照比例变化，使得无量纲脉宽和厚度为常数，计算得到的无量纲残余应力随无量纲厚度的变化曲线重合，表明LSP几何相似律成立。 * （1）侦察、传输、指挥和打击等多功能于一身 （2）海、陆、空、全方位覆盖 （3）例如阿富汗战争中取得显著成效，实施决定性的打击； （4）美国无人机研发投入不断增大，2.84亿——37.66亿 * 图中字体说明，图下面加说明 * 图下面加图片说明 * 强激光的热与力学效应研究 祝贺郑哲敏先生90华诞学术报告会 黄 晨 光 中国科学院力学研究所 2014年9月29日 报告提纲 一、引言 二、脉冲激光诱导的爆炸与冲击效应 三、连续激光对复合材料的辐照效应 四、激光应用中重要的力学问题 引言 激光特性 方向性：小于毫弧度立体角→高照度光源等 高亮度：太阳光高7－15量级→热与力学效应 单色性：1013→通信、谱线宽度测量等 高相干性：无限的干涉程差→精密测量、制导等 热→力学效应 金属介质：电子振动，辐射电磁波＋平动动能，与晶格相互作用 电介质：吸收很弱，缺陷吸收诱导破坏 半导体：光致电离、自由载流子吸收；电子与空穴复合产生热 等离子体：逆韧致辐射吸收、共振吸收等 报告提纲 一、引言 二、脉冲激光诱导的爆炸与冲击效应 三、连续激光对复合材料的辐照效应 四、激光应用中重要的力学问题 背景：Blast simulator 光学平台上的“激光爆炸” 近场小尺度动高压及其效应的模拟 脉冲激光诱导的爆炸与冲击效应 高速摄影＋PIV：形貌、流场 PVDF：瞬态冲击波压力 PDV：结构自由面质点速度 FBG、应变片：结构的变形 压力特征？ 冲击波传播？ 相似律？ — Maxwell方程+含带电粒子Euler 方程+Saha方程+EOS — 质量间断层的Mott-Smith近似 — 传播、吸收、流动、LSD的耦合求解 压力的求解1 脉冲激光诱导的爆炸与冲击效应 经验的吸收、传播和状态方程 与靶体、约束层的运动变形耦合 压力、脉宽：随约束条件、靶体性能不同呈倍数变化 特征的确定：多介质、多场的耦合计算 脉冲激光诱导的爆炸与冲击效应 压力的求解2 分析模型实验验证 Xianqian Wu, et, al, J. Appl. Phys. 2011,110(5):053112. 实验 计算 半峰宽：25ns， 波长：1064nm 脉冲激光诱导的爆炸与冲击效应 压力：～10GPa 脉宽 ：～10ns 高应变率 ：～106/s Lee et al (1996) 普通结构材料中的传播 —质点速度、冲击波衰减、层裂 — 验证模拟爆炸冲击效应的能力 NiTi合金中的传播 — 超弹性本构引入 — 冲击相变的手段与机理解释 单晶铜中的传播 — 单晶塑性本构的引入 — 强动载下材料塑性变形机制 冲击波的传播 脉冲激光诱导的爆炸与冲击效应 Yiliang Liao, Chang Ye, Dong Lin, Sergey Suslov, Gary J. Cheng .Journal of Applied physics, 2012 奥氏体屈服与马氏体相变竞争机制 高应变率不会出现相变 LSP，应变率106~