【摘要】：隨著高能激光武器逐漸走向?qū)崙?zhàn)應(yīng)用階段,其在攻擊速度快、能量集中和費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)越來越突出,也逐漸受到各個國家的重視。激光毀傷評估模塊是激光武器系統(tǒng)中一項(xiàng)十分重要的組成部分。激光毀傷效能評估可以在作戰(zhàn)前預(yù)估目標(biāo)毀傷閾值,模擬毀傷效果。同時可以促進(jìn)激光武器的改良和設(shè)計。在工業(yè)應(yīng)用方面,激光毀傷機(jī)理的探索可以加速激光加工等行業(yè)的發(fā)展。然而目前關(guān)于激光對目標(biāo)的毀傷效能方面的研究還存在一定的不足,因此需要不斷探究激光毀傷機(jī)理。本文通過金屬靶材和碳纖維復(fù)合材料靶材兩類不同的材料探究激光對目標(biāo)的毀傷機(jī)理,求解靶材受激光輻照下的溫度場,使用生死單元法對碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行了毀傷模擬,研究了金屬靶材的熱應(yīng)力破壞效應(yīng),開展了激光輻照兩類靶材的毀傷實(shí)驗(yàn)。論文的主要研究內(nèi)容和取得的成果如下:(1)研究了激光毀傷靶材的溫度場有限元解。從傅里葉定律出發(fā),通過與有限元理論的結(jié)合,推導(dǎo)了溫度場的有限元方程。通過熱焓法解決了靶材的相變溫度求解問題,采用熱導(dǎo)率矩陣和比熱矩陣的不斷迭代更新材料的熱物性,獲得的溫度場更貼近實(shí)際情況。(2)進(jìn)行了金屬靶材和碳纖維的溫度場建模。建立了金屬靶材對激光吸收率模型,考慮熱物性隨溫度變化的因素和熔化相變問題,研究了不同功率密度下鋁靶的溫升特點(diǎn)。針對碳纖維靶材的熱燒蝕現(xiàn)象提出了生死單元法解決了碳纖維表層剝離的問題,更準(zhǔn)確地模擬了激光輻照碳纖維復(fù)合靶材的溫度場。(3)研究了熱應(yīng)力場的有限元解和金屬靶材的熱應(yīng)力分布特點(diǎn)。因?yàn)闇囟鹊姆植疾痪鶆?靶材內(nèi)部熱膨脹程度不同,光斑外區(qū)域和光斑內(nèi)區(qū)域相互制約形成熱應(yīng)力,同時溫度的升高使靶材力學(xué)性能下降,從而加劇了激光對靶材的破壞。金屬靶材在輻照過程中,熱軟化效應(yīng)會不斷加劇,其中心區(qū)域最易發(fā)生塑性變形。(4)開展了激光毀傷金屬靶材和碳纖維復(fù)合材料的實(shí)驗(yàn)。金屬靶材在輻照初期會反射出刺眼的亮光,激光燒蝕穿透金屬靶材后,靶材孔隙周邊有殘渣,是熔化后又重新凝固的材料,重力作用下孔隙下方的殘渣最多。激光毀傷碳纖維靶材時以燒蝕為主,靶材前表面光斑區(qū)域碳纖維更易被燒斷,光斑區(qū)域周邊材料層間分離嚴(yán)重,主要是熱應(yīng)力的破壞和熱解的質(zhì)量損失造成的。
【圖文】：

圖 1-1 美國“龐塞”號激光武器演示系統(tǒng)光技術(shù)的不斷深入研究，激光對靶材的毀傷機(jī)取得了十分豐富的研究成果。尤其在軍工領(lǐng)提升，激光武器作為新興武器之一，受到各個高威懾力和打擊能力的重要方式。激光毀傷壞機(jī)理的研究，有利于激光武器的快速發(fā)展進(jìn)意義。破壞機(jī)理研究就是要研究當(dāng)激光輻照在靶材上和力學(xué)反應(yīng)。影響激光對靶材的破壞效應(yīng)的量有關(guān)，如激光波長、功率密度、作用時間一方面與材料本身的參量相關(guān)，如材料的比熱拉伸強(qiáng)度等因素。而且這些參量環(huán)環(huán)相扣，變，，形成了復(fù)雜的非線性關(guān)系。而其中激光就是鋼材和碳纖維復(fù)合材料，它們被廣泛應(yīng)

靶材本身前期受熱蒸發(fā)的材料蒸汽會被激的過程中會持續(xù)的向外輻射紫外線和 X它們對靶材的破壞效應(yīng)并不會像熱力破壞讓飛行器上的敏感光學(xué)元件產(chǎn)生致盲的效要介紹了激光輻照靶材產(chǎn)生的三種破壞效可能發(fā)生的物理現(xiàn)象的一般規(guī)律，在后文料的毀傷機(jī)理，本文主要關(guān)注的是激光輻域溫度不平衡造成的熱量轉(zhuǎn)移的物理現(xiàn)傳遞有三種基本形式：熱傳導(dǎo)、熱輻射和差異，熱量會按照上述三種方式中的一種靶材中，靶材存在的熱傳遞方式如圖 2有畫出。激光
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：E11;TN249

【參考文獻(xiàn)】

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1 馬健;趙揚(yáng);周鳳艷;孫繼華;劉帥;郭銳;宋江峰;陳建偉;;基于有限元的脈沖激光輻照材料溫度場研究[J];激光與紅外;2015年01期

2 嚴(yán)向峰;杜英杰;;切向流場影響下激光壁面加載特性[J];機(jī)械工程師;2015年01期

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4 趙楊;張昊春;李W

本文編號：2661921