强激光辐照下预载柱壳热屈曲失效的数值分析

 采用有限元方法（ANSYS7.0）和简易的热力耦合本构关系，较系统地数值研究了预载柱壳受激光辐照时的热力响应和热屈曲失效行为，分析了几种壳体在不同预载条件下（轴压或内压）的屈曲模态和屈曲特征值，给出了屈曲模态和热屈曲失效与激光强度、辐照时间、预载条件和壳体几何尺度及形状间的定量或定性关系。计算结果表明：（1）屈曲失效行为主要集中在激光辐照区内且以径向屈曲为主。（2）在一定范围内，屈曲特征值与光斑中心点温度近似有线性关系。（3）激光辐照区内高温引起的材料软化和预载径向变形的耦合作用是柱壳发生热屈曲失效的根本原因，有效提高结构刚度，可使屈曲特征值提高。（4）壳体形状的改变对内压柱壳有更为明显的影响，其中圆柱形壳体屈曲特征值最大，因此具有较高的安全性。     

激光辐照下静止及旋转充压柱壳结构变形的对比分析

 采用3维实体单元模拟激光辐照下静止及旋转充压柱壳的应力和应变分布，分析了柱壳可能发生破坏的位置和条件。通过对计算结果的分析表明，对于激光辐照下静止及旋转充压柱壳，裂纹都有可能在光斑边缘附近产生。但由于在旋转充压柱壳上，在过光斑中心圆周上有高应力带状区域，因此旋转柱壳有可能在这一环带区域也发生破坏。在相同的激光加载条件下，静止充压柱壳更容易在局部区域开始发生破坏。     

激光辐照下充压柱壳的破坏能量阈值数值模拟

采用有限元方法模拟了激光辐照下充压柱壳的热力学响应,计算了不同工况下结构的瞬态温度场和应力场,根据材料强度准则判断了柱壳的破坏时刻,并提出了一种预测激光辐照下充压柱壳破坏能量阈值的数值方法。研究了壳体厚度和内压大小对柱壳破坏能量阈值的影响,并给出了典型工况下柱壳破坏能量阈值同壳体厚度以及充压大小的关系。数值计算结果表明:破坏能量密度阈值与壳体厚度、内压大小近似成线性关系,壳体厚度比内压大小对柱壳的激光破坏能量阈值影响更大。     

激光辐照下充压柱壳结构变形的数值模拟

 激光辐照下充压柱壳局部受热，最终导致充压柱壳上激光加载区发生鼓包和爆裂现象。作者用有限元方法数值模拟了激光辐照下柱壳的变形，计算出的应力、应变场显示光斑中心处是最有可能发生爆裂的地方，结论与实验结果相符。同时，根据计算结果，对激光加载初期发生鼓包现象的原因作了分析。     

激光辐照转动充压圆柱壳体热力学效应

 采用有限元计算方法对激光辐照下转动充压壳体的热力学问题进行了较为全面的数值计算，获得了激光辐照下转动内压圆柱壳壁上的温升、应力、应变、位移分布等物理图像，为进一步分析转动充压圆柱壳体在激光辐照下的破坏与失效奠定了基础。提出的解决数值计算中移动热流载荷问题的双时间步长法，可以有效提高计算效率，同时提高计算精度。研究结果表明：对于给定的壳体结构，其损伤阈值时间主要取决于靶面激光强度与壳体旋转频率；在辐照过程中，损伤最先出现在最初受激光辐照的区域。     

强激光加热旋转薄柱壳的参量选择分析

为了把激光加热静止圆柱壳的实验测量结果应用到旋转圆柱壳的激光参量估计中,研究了旋转圆柱壳的激光加热效率。用积分变换法得到了旋转圆柱壳的温度分布,分析了最大温升点相对激光峰值强度点的滞后现象。基于静止圆柱壳和薄壳假设,导出了旋转圆柱壳激光加热效率及估计辐照时间的表达式。对于旋转金属圆柱壳,最大温升点相对激光峰值强度点的滞后角和激光加热效率取决于无量纲参量DR(柱壳半径R与束斑半径r0之比)、DL(横向热扩散尺度4ατL与束斑半径r0之比)及DM(加热时间τL与柱壳旋转频率fR的乘积)。达到相同的最大温升时,旋转圆柱壳的激光辐照时间和静止圆柱壳的激光辐照时间之间存在与激光功率无关的非线性关系,而激光功率决定了所需的绝对激光辐照时间。     

激光辐照下充压铝柱壳爆裂断口分析

 分析了激光辐照下充压铝柱壳的断口特性, 在激光辐照区上裂纹的起裂、扩展和止裂机制均为韧性的, 断口以韧窝分布为主, 由于加载不同, 有的断口在壳壁厚度方向有明显的分层, 即外层的塑性变形层和内层的韧窝状断口。给出了柱壳上激光辐照区的应力分布与断裂的关系和整个断裂过程较为细微完整的物理图象。     

激光辐照下旋转柱壳温度场的数值模拟

 采用有限元方法数值模拟在连续激光辐照下旋转柱壳温度场的变化和分布情况，并分析了热性能参数对温度场造成的影响，同时还比较分析了不同旋转频率对柱壳温度场分布的影响。结果表明，激光作用下旋转柱壳的温升大大低于静止柱壳的温升, 外表面温度呈现出与旋转频率相符的周期性上升过程,而内表面温升由于热传导的原因在较小频率下才表现出这种周期性，当频率增大到一定值时,内表面温升不出现周期性的台阶而是曲线上升。     

激光诱导充压柱壳破坏模式与参数阈值分析

通过数值计算模拟了激光诱导充压柱壳的热力破坏效应，研究了典型结构的动态爆裂过程，获得的破坏模式与实验结果基本一致。给出了三类典型破坏模式及其对应的参数范围，探讨了各类破坏模式的形成机理，并分析了不同光斑尺寸、壳体厚度条件下热软化效应对破坏内压阈值的影响，以及预内压与破坏时间的关系。研究结果表明:光斑半径越大、热软化程度越高，柱壳的破坏内压阈值越低，且破坏内压阈值随着壳体厚度的减小呈线性下降；给定激光参数和壳体参数下破坏时间随预充内压增大而减小并呈二次函数关系。给出了一种通过热软化程度预估激光诱导充压柱壳破坏时间的方法。     

激光束照射下轴压圆柱薄壳热屈曲数值分析

 针对激光束照射下承受轴压作用的圆柱薄壳,实现了材料参数(弹性模量E，泊桑比μ、线膨胀系数α)随温度变化情况下热屈曲破坏有限元数值分析。数值计算结果表明,激光照射区域产生的热应力和材料软化将导致处于正常工作状态的轴压圆柱壳发生灾难性的热屈曲破坏。