激光誘導(dǎo)沖擊波在層狀介質(zhì)中的傳輸特性研究.pdf

1、“膜基結(jié)構(gòu)”材料是最為簡單和常見的層狀復(fù)合材料，弄清激光誘導(dǎo)沖擊波在“膜基結(jié)構(gòu)”材料中的傳輸規(guī)律，對研究激光沖擊加工“膜基結(jié)構(gòu)”材料以及更為復(fù)雜的多層復(fù)合材料，有重要指導(dǎo)意義；對激光參數(shù)選擇、層狀材料設(shè)置、沖擊效果預(yù)測有重要的指導(dǎo)作用。本文主要從沖擊波檢測、數(shù)值仿真、沖擊結(jié)果分析幾方面對激光誘導(dǎo)沖擊波在“膜基結(jié)構(gòu)”中傳輸進(jìn)行研究。主要工作如下：
　?。?）以“鋁膜-銅基體”、“銅膜-鋁基體”為研究對象，利用PVDF傳感器檢測“膜基

2、結(jié)構(gòu)”靶材背面的沖擊波信號，并分析測量信號的形成機(jī)理及特性。結(jié)果表明：膜基界面對沖擊波傳輸有重要影響，所測“膜基結(jié)構(gòu)”材料背面信號強(qiáng)度明顯低于同種厚度單層材料；“膜基結(jié)構(gòu)”中的沖擊力從加載到平衡所需時間較久，是振蕩加載過程；當(dāng)每層材料厚度低于50μm時，PVDF所測信號無法分辨層間沖擊波變化，每層材料厚度越大，層間波形區(qū)分越明顯。因此，用PVDF測量雙層材料沖擊波信號，材料厚度不可過薄。
　?。?）用ABAQUS軟件建立激光沖擊“

3、膜基結(jié)構(gòu)”模型。研究了激光誘導(dǎo)沖擊波在“膜基結(jié)構(gòu)”中的傳輸，及其對“膜層-基體”結(jié)合強(qiáng)度的影響。建立不同阻抗匹配模式的“膜基結(jié)構(gòu)”模型，改變膜層厚度，進(jìn)行數(shù)值仿真和實驗。分析不同時刻沿深度方向的應(yīng)力分布，膜層脫落時的凸起形貌，不同膜層厚度對應(yīng)的最大應(yīng)力值、持續(xù)時間。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)膜層阻抗小于基體時，膜層表面覆蓋合適的約束層可以避免“膜層-基體”界面處形成拉應(yīng)力，兩者結(jié)合強(qiáng)度不會減弱，材料表面性能得到強(qiáng)化；當(dāng)膜層阻抗大于基體時，應(yīng)根據(jù)加工要

4、求，決定是否進(jìn)行激光沖擊加工；當(dāng)拉應(yīng)力不可避免時，膜層厚度需慎重選擇，既要考慮對材料表面的強(qiáng)化效果，也要減小界面處拉應(yīng)力強(qiáng)度。
　?。?）理論和實驗研究相結(jié)合，研究激光沖擊過程中“剩余吸收層”對沖擊效果的影響規(guī)律。選擇不同厚度、材質(zhì)的材料作吸收層；控制激光參數(shù)，使沖擊后靶材表面留有“剩余吸收層”。通過表征沖擊區(qū)域凹坑尺寸、力學(xué)性能、檢測靶材背面的沖擊波信號，研究“剩余吸收層”對沖擊效果的影響。結(jié)果表明：“剩余吸收層”對沖擊波有顯著