強激光輻照下材料熱彈性響應研究.pdf

1、激光已廣泛應用于國防，以及材料的加工和修復，需要深入研究靶材與激光相互作用的機制；未來戰(zhàn)爭中激光武器的發(fā)展和應用是必然趨勢，因此對激光破壞機理進行一些基礎性研究是必要的。隨著航空航天領域中復合材料的廣泛應用，激光輻照復合材料機理，既是復合材料激光加工的基礎，也是抗激光武器研制的基礎理論之一。 本文基于通用傅里葉導熱定律，研究靶材在強激光輻照下其內部溫度場和熱應力場的響應問題，考慮非傅里葉效應推導出多脈沖熱流以及矩形恒定溫度波作用

2、下半無限大物體溫度場和熱應力場通用傅里葉定律的解析表達式，并實際計算出考慮非傅里葉效應時半無限大物體內部溫度場和熱應力場的分布規(guī)律。應用有限元方法數值模擬出半無限大物體在相應熱荷載作用下的溫度場和熱應力場。在實驗分析的基礎上，數值模擬出碳纖維樹脂基復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，進一步對激光燒蝕壓力和反沖塞效應進行了理論探討，并運用數值實驗的方法得到了燒蝕壓力的計算公式。主要取得的成果如下： (1)多脈沖

3、熱流作用下，經典傅里葉理論與通用傅里葉理論所計算出的溫度波波前振幅均為零，且波動的熱流擾動導致物體內各點溫度隨時間的變化亦具有明顯的波動性。但考慮松弛時間的通用傅里葉理論解由于物體內各處溫度場的重新建立在時間上滯后于熱擾動的改變，進而存在溫度不變區(qū)域，經典傅里葉解則沒有。 (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存在間斷點；而經典傅里葉定律認為熱波速度為無限大，得到連續(xù)的溫度分布曲線而無間斷點。

4、 (3)通過比較發(fā)現傅里葉理論計算結果無明顯的熱沖擊現象，而基于通用傅里葉理論所得到的熱擾動應力波波前十分陡峭，具有明顯的熱沖擊性。 (4)應用有限元方法數值模擬出的半無限大物體溫度場和熱應力場，與本文推出的公式中當松弛時間取為零時的計算結果吻合較好。 (5)激光輻照碳纖維樹脂復合材料時，靶材由于燒蝕壓力和激光誘導反沖塞效應的作用，經歷短暫膨脹—急劇收縮—緩慢恢復原形三個階段。 本文感謝國家自然科學基金（10