脈沖激光與水下金屬靶材相互作用力學(xué)效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、激光與水下靶材相互作用將出現(xiàn)沖擊波和光致空化的現(xiàn)象，激光誘導(dǎo)的沖擊波和空泡潰滅射流沖擊都將對(duì)靶材產(chǎn)生力學(xué)效應(yīng)，這是激光液體環(huán)境加工、激光眼科醫(yī)學(xué)等應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。本文分析了激光與水下靶材相互作用產(chǎn)生力學(xué)效應(yīng)的基本機(jī)理；設(shè)計(jì)了滿足瞬態(tài)點(diǎn)載荷現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試要求的測(cè)力光纖傳感器；主要從實(shí)驗(yàn)角度測(cè)試并分析了脈沖激光輻照水下金屬靶材時(shí)產(chǎn)生的脈沖力信號(hào)。
　　 提出激光輻照靶材力效應(yīng)的點(diǎn)載荷模型，指出通過(guò)測(cè)量靶材受力點(diǎn)彈性形變來(lái)檢測(cè)靶材受力的檢測(cè)

2、機(jī)理。通過(guò)與接觸檢測(cè)和干涉法檢測(cè)方式優(yōu)劣的對(duì)比，在光偏轉(zhuǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入光纖對(duì)探測(cè)光束的反射光進(jìn)行強(qiáng)度耦合，構(gòu)建了基于光偏轉(zhuǎn)光強(qiáng)度耦合的測(cè)力光纖傳感器，其與靶材組成統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)；基于薄板彈性力學(xué)理論及單模光纖對(duì)高斯光束耦合原理，討論了傳感器線性工作范圍和正常工作的主要條件，給出了滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試要求所需的動(dòng)態(tài)調(diào)整方案。
　　 使用自行建立的測(cè)力系統(tǒng)檢測(cè)激光分別輻照空氣和水中銅靶的力學(xué)信號(hào)，判別了激光燒蝕力(等離子體沖擊波作用

3、力)Fa和兩次射流沖擊力Fb、Fc。根據(jù)燒蝕力峰值a和第一次射流峰值b出現(xiàn)的時(shí)間間隔得到了30mJ激光能量誘導(dǎo)的空泡潰滅的周期。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)能量為30mJ的脈沖激光對(duì)水下銅靶的燒蝕力峰值約為空氣中燒蝕力的4.12倍。測(cè)試并統(tǒng)計(jì)不同能量的激光輻照水下銅靶產(chǎn)生的力學(xué)信號(hào)，使用Origin軟件擬合了激光誘導(dǎo)沖擊波和兩次射流的脈沖力信號(hào)峰值與入射脈沖能量的關(guān)系曲線，燒蝕力和射流沖擊力的產(chǎn)生都存在一個(gè)閾值能量，三個(gè)脈沖力峰值幅度隨脈沖能量的增加均成先

4、上升后下降的趨勢(shì)，主要是受水擊穿的影響。靶材所受的激光燒蝕力取決于脈沖的能量，而空泡射流的產(chǎn)生及沖擊力的大小是由脈沖能量和無(wú)量綱參數(shù)γ兩個(gè)因素共同決定。測(cè)試了水下激光作用點(diǎn)處存在空泡約束空腔時(shí)靶材受力信號(hào)，結(jié)果表明作用點(diǎn)處存在圓筒空腔時(shí)，靶材所受的射流沖擊力峰值b、c與無(wú)約束空腔相比都有增大，且當(dāng)空腔截面直徑越小，隨高度增加，增大趨勢(shì)越甚；而激光對(duì)靶材的燒蝕力峰值a幾乎沒(méi)有什么變化。使用微射流形成機(jī)制和水下激光誘導(dǎo)沖擊波的形成發(fā)展機(jī)理解