強(qiáng)激光輻照下材料熱彈性響應(yīng)研究.pdf

1、激光已廣泛應(yīng)用于國(guó)防，以及材料的加工和修復(fù)，需要深入研究靶材與激光相互作用的機(jī)制；未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中激光武器的發(fā)展和應(yīng)用是必然趨勢(shì)，因此對(duì)激光破壞機(jī)理進(jìn)行一些基礎(chǔ)性研究是必要的。隨著航空航天領(lǐng)域中復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用，激光輻照復(fù)合材料機(jī)理，既是復(fù)合材料激光加工的基礎(chǔ)，也是抗激光武器研制的基礎(chǔ)理論之一。 本文基于通用傅里葉導(dǎo)熱定律，研究靶材在強(qiáng)激光輻照下其內(nèi)部溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)的響應(yīng)問(wèn)題，考慮非傅里葉效應(yīng)推導(dǎo)出多脈沖熱流以及矩形恒定溫度波作用

2、下半無(wú)限大物體溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)通用傅里葉定律的解析表達(dá)式，并實(shí)際計(jì)算出考慮非傅里葉效應(yīng)時(shí)半無(wú)限大物體內(nèi)部溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律。應(yīng)用有限元方法數(shù)值模擬出半無(wú)限大物體在相應(yīng)熱荷載作用下的溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)。在實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，數(shù)值模擬出碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料受到激光引起的熱荷載和沖擊荷載耦合作用下的響應(yīng)，進(jìn)一步對(duì)激光燒蝕壓力和反沖塞效應(yīng)進(jìn)行了理論探討，并運(yùn)用數(shù)值實(shí)驗(yàn)的方法得到了燒蝕壓力的計(jì)算公式。主要取得的成果如下： (1)多脈沖

3、熱流作用下，經(jīng)典傅里葉理論與通用傅里葉理論所計(jì)算出的溫度波波前振幅均為零，且波動(dòng)的熱流擾動(dòng)導(dǎo)致物體內(nèi)各點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化亦具有明顯的波動(dòng)性。但考慮松弛時(shí)間的通用傅里葉理論解由于物體內(nèi)各處溫度場(chǎng)的重新建立在時(shí)間上滯后于熱擾動(dòng)的改變，進(jìn)而存在溫度不變區(qū)域，經(jīng)典傅里葉解則沒(méi)有。 (2)矩形恒定溫度波作用下，通用傅里葉理論解在深度方向上的溫度分布曲線(xiàn)存在間斷點(diǎn)；而經(jīng)典傅里葉定律認(rèn)為熱波速度為無(wú)限大，得到連續(xù)的溫度分布曲線(xiàn)而無(wú)間斷點(diǎn)。

4、 (3)通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)傅里葉理論計(jì)算結(jié)果無(wú)明顯的熱沖擊現(xiàn)象，而基于通用傅里葉理論所得到的熱擾動(dòng)應(yīng)力波波前十分陡峭，具有明顯的熱沖擊性。 (4)應(yīng)用有限元方法數(shù)值模擬出的半無(wú)限大物體溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)，與本文推出的公式中當(dāng)松弛時(shí)間取為零時(shí)的計(jì)算結(jié)果吻合較好。 (5)激光輻照碳纖維樹(shù)脂復(fù)合材料時(shí)，靶材由于燒蝕壓力和激光誘導(dǎo)反沖塞效應(yīng)的作用，經(jīng)歷短暫膨脹—急劇收縮—緩慢恢復(fù)原形三個(gè)階段。 本文感謝國(guó)家自然科學(xué)基金（10