流体-镀层基底界面波的传播特性

理论分析了脉冲激光激发的流体-分层固体结构声场,在此基础上数值计算了流体-慢层快底固体和流体-快层慢底固体结构液-固界面Scholte波的频散特性与瞬态响应.数值结果显示,对于流体-慢层快底结构,Scholte界面波呈现出正常频散特性;而对于流体-快层慢底结构,Scholte波在较小的频厚积范围呈反常频散特性.理论瞬态信号也显示了同样的特性.采用脉冲激光激励,用水听器接收的方式进行了Scholte界面波的实验测量.实验测量和分析结果与理论结果有很好的一致性.此工作可为水浸检测条件下镀层与薄膜材料参数的超声无损表征、海底沉积物参数反演等应用提供理论基础.     

激光超声方法研究固-固界面波传播特性

对界面波的传播特性进行了理论及实验研究.首先探讨了界面波的求根问题，基于黎曼面分析，给出了求解界面波特征方程所有根的一般方法.理论上对三种常见的界面波——Stoneley波，Leaky Rayleigh及Leaky Interface波传播机理进行了分析，描述了三种界面波的波矢及位移势在两种介质中的状态.最后基于光弹效应原理, 利用全光学的激光超声手段对界面波进行了实验测量，实测结果与理论符合很好.     

基底上覆分层薄膜超声Scholte波特性与薄膜定征

分层薄膜-基底结构广泛应用于微电子器件等诸多领域,但薄膜材料参数超声测量尤其是横波速度的定征是一个困难的问题。本文对液固界面Scholte界面波的频散特性和脉冲激励的声压响应进行了理论分析。结果表明,液固界面Scholte波频散与分层膜-基底结构的速度分布密切相关。薄膜材料各层的厚度和横波速度对界面波频散特性有显著影响。基于Scholte界面波的频散特性,提出了一种多层膜的多参数反演定征方法。首先针对理论信号进行薄膜参数反演,验证了该方法的可行性。后续对不同类型的多层膜材料样品进行了液固界面波激发与采集实验,实验信号的薄膜参数反演结果进一步验证了该方法的可行性和有效性。     

界面各向异性对双层铁磁薄膜自旋波性质的影响

在海森堡模型的基础上,采用界面参数化方法,将双层铁磁薄膜中自旋波本征值问题归结为联立求解能量约束方程和界面参数化方程.重点研究了界面各向异性对薄膜中自旋波本征问题的影响.结果表明:界面各向异性使对称模的波形在界面处呈现明显的钉扎现象,且界面模的能量随各向异性场增强而增大.     

装药方式对铜/钢爆炸焊接界面波的影响及波形成机理

为了改善爆炸焊接质量,解决高噪低效的问题,选取Cu为复板、Q235钢为基板,采用LS-DYNA软件和光滑粒子流体动力学方法分别设计了均匀布药和梯形布药方案,研究了硝铵炸药对爆炸焊接界面波的影响。均匀布药结果显示:沿着爆轰方向碰撞压力逐渐增大;炸药量越多,碰撞压力越大,界面波波形越大。梯形布药方案中,通过改变炸药起爆端和末端的高度,设计了4种方案,结果显示:梯形布药可以消除爆炸焊接界面波不均匀现象,使界面波形尺寸基本保持一致,而且节省了炸药用量;当起爆端和末端的高度分别为67.2 mm和42.0 mm时,波形效果最好。通过研究界面波的形成过程可知,SPH法模拟的界面波形成过程与复板流侵彻机理的一致性较好,证明了复板流侵彻机理解释界面波形成过程的有效性。     

脉冲激光烧蚀块状靶材的双动态界面研究

给出脉冲激光作用块状靶材的烧蚀模型.根据能量平衡原理,导出烧蚀面的位置随时间的变化关系.利用绝热近似、温度连续性条件和能量平衡原理来获得烧蚀面与固液相界面边界条件.结合热传导方程,利用精确解与积分近似法相结合的方案,给出固液两相的温度分布与时间和位置的变化关系,以及固液相界面的位置随时间的变化规律,并与已有的理论和实验结果进行比较.最后以铝靶为例计算模拟了激光烧蚀的全过程计算. 关键词： 脉冲激光 等离子体 固液相界面 烧蚀面     

有流存在时三层流体界面波的二阶Stokes波解

以小振幅波理论为基础，利用摄动方法研究了有背景流场存在时密度三层成层状态下的界面内波，得到了各层流体速度势的二阶渐近解及界面内波波面位移的二阶Stokes波解，并讨论了界面波的Kelvin-Helmholtz不稳定性.结果表明：有流存在的情况下三层密度成层流体界面内波的一阶渐近解(线性波解)、频散关系及二阶渐近解不仅依赖于各层流体的厚度和密度，也依赖于各层流体的背景流场；界面内波波面位移的二阶Stokes波解不仅描述了界面波之间的二阶非线性相互作用，也描述了背景流与界面波之间的二阶非线性相互作用；当每层流 关键词： 界面波 均匀流 二阶Stokes波解 Kelvin-Helmholtz不稳定性     

铝的动态屈服强度测量及再加载弹性前驱波的形成机理分析

利用激光干涉测速技术(VISAR)测量LY12铝合金在20—34 GPa冲击压力下经历加载-卸载和加载-再加载过程的样品/窗口界面粒子速度剖面,采用AC方法确定了具有较高精度的动态屈服强度值.实验结果和文献发表的数据具有较好的一致性.通过以平面焊接方式制作组合飞片,克服了组合飞片在气炮发射过程中可能发生分离的技术困难,使铝的动态屈服强度测量压力范围从22 GPa扩展到了34 GPa.同时,根据对不同实验条件下的加载-再加载过程的比较,对再加载弹性前驱波的形成机理进行了讨论,认为位错是形成该现象的主要原因. 关键词： 动态屈服强度 AC方法 弹性前驱波 VISAR     

飞秒激光热反射系统测量金属薄膜中的热波

金属材料中的热波现象可以利用包含电子弛豫时间影响的双曲两步模型进行理论分析.通过飞秒激光热反射实验系统对金属薄膜材料进行了测量.利用偏振分光棱镜将飞秒激光分成抽运光和探测光,其中较强的抽运光用于加热金属薄膜而较弱的探测光用于探测薄膜表面反射率随时间的变化,两束光之间的光程差通过步进电机进行精确控制.利用金属薄膜反射率和电子温度的正比例关系就可以得到电子温度随时间的变化规律.实验发现在加热激光脉冲过后的电子温度下降区间会出现另一个较弱的电子温度波峰,并利用相同厚度的两块金属薄膜样品重复测量对实验结果进行了验证.理论上这一现象可以解释为金属薄膜中热波在背面反射的结果,并且实验结果和双曲两步模型给出的热波理论计算结果相符合.根据实验结果计算出热波传递速度约为5×105m/s,对应的电子弛豫时间为60fs.     

流体/准饱和多孔介质中伪Scholte波的传播特性

研究流体/多孔介质界面Scholte波的传播特性对于水下勘探、地震工程等领域具有重要意义.本文基于Biot理论和等效流体模型,采用势函数方法,推导了描述有限厚度流体/准饱和多孔半空间远场界面波的特征方程和位移、孔压计算公式.在此基础上,分别以砂岩和松散沉积土为例,研究了流体/硬多孔介质和流体/软多孔介质两种情况下,可压缩流体层厚度和多孔介质饱和度对伪Scholte波传播特性的影响.结果表明：多孔介质软硬程度显著影响界面波的种类、相速度、位移和水压力分布;有限厚度流体/饱和多孔半空间界面处伪Scholte波相速度与界面波波长和流体厚度的比值有关;孔隙水中溶解的少量气体对剪切波的相速度的影响不大,对压缩波相速度、伪Scholte波相速度和孔隙水压力分布影响显著.     

Simulation of leaky Rayleigh wave at air-solid cylindrical interfaces by finite element method

The finite element method is used to simulate the laser-excited leaky Rayleigh wave at air-solid cylindrical interfaces. A whole arithmetic of fluid-solid interaction is presented, which includes a coupling matrix that describing the process of the interaction between fluid and solid, the Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation for treating the variation of fluid domain, which results from the Rayleigh wave propagating on the cylindrical interface, etc. Typical calculation is executed and the results show that the polarity of leaky Rayleigh waveform gradually changes as it propagates on the air-solid cylindrical interface.     

神光Ⅱ上柱形黑腔辐射驱动冲击波

利用神光Ⅱ的八路三倍频激光装置，驱动柱形黑腔产生的x 射线作辐射源驱动台阶铝样品产生冲击波，获得了清晰的冲击波图像，通过冲击波过台阶样 品的时间差获得冲击波速度和压力分别为31.2km/s和17.5×10⁵MPa.采用软x射线能谱 仪通过激光注入孔测量的辐射温度与采用冲击波法测量辐射温度的结果一致. 关键词： 冲击波 辐射驱动 辐射温度     

凹面相控阵聚焦声场在液固界面上的反射和折射

开展了凹面线性相控阵列辐射声场在液固界面上的反射和折射特性研究,利用射线近似方法,得到了凹面相控阵聚焦声场在液固界面上反射和折射后的声场渐近解析表达式,对声波在液固曲面上的反射和折射声场进行了分析和讨论. 利用这个解析表达式,对凹面线性聚焦声场在液固平界面和液固圆柱界面情况下固体中折射纵波和折射横波的相控阵声场进行了分析和讨论,发现凹面线阵声场在液固圆柱界面下比液固平界面具有更好的聚焦效果. 关键词： 凹面阵列 超声相控阵 反射与折射     

空气中激光支持爆轰波实验及理论分析

为了研究激光击穿空气产生的等离子体爆轰波形成机制和传播规律,利用高能量CO2激光器产生强激光,进行了空气中产生激光支持等离子体爆轰波实验。实验中:设置了诱导靶板,用于诱发和定位空气中的激光支持爆轰波;以激光器升压过程球隙放电产生的光信号作为触发源,触发高时间分辨率(纳秒级)的高速相机,记录了激光支持爆轰波的成长和传播全过程。分析了激光支持爆轰波的形成机理和传播规律。采用C-J爆轰理论,计算了激光支持爆轰波的压力和温度。研究结果表明:激光支持等离子体爆轰波形成初期,等离子体爆轰波发光体为球形;随着时间增加,等离子体爆轰波发光体的形状类似流星,且头部为等离子体前沿吸收层,亮度较高,而尾部等离子体温度较低,亮度较弱。等离子体爆轰波高速向激光源的方向移动,爆轰波速度高达18 km/s,温度约为107K。随着激光强度的减弱,爆轰波速度迅速按指数规律衰减,当爆轰波吸收的激光能量不能有效支持爆轰波传播时,爆轰波转变为冲击波。     

激光驱动铝靶产生冲击波和热波的实验观测和分析

 在“星光Ⅱ”上,使用基频光打靶,采用几种厚度的铝介质平面靶,进行了冲击波、热波和稀疏波三波相互作用规律的初步研究工作,成功地观测到冲击波在前和热波在后的物理图像,并发展了相关诊断技术和方法。     

The interaction between misfit dislocations at the metal/MgO interfaces: Atomistic study and analysis

Misfit dislocation is one of the most important linear defects at the interface. Its structure and mechanics have attracted much attention. However, the dislocation dynamics for some interfaces are not very clear. We study the dislocation-dislocation interaction at the metal/MgO interfaces. The interaction is proved to be repulsive, and is obtained by molecular mechanics. The dislocation mass and dislocation wave are investigated, for which the dislocation wave speed is calculated by using the dislocation network model. A set of interesting results is obtained.     

Dynamic simulation on the temperature field of laser micro-patterning metal in the liquid

To further understand the mechanism of laser electrochemical etching metal, it is necessary to describe the temperature field induced by laser heating metal at the liquid–solid interfaces. For solving the complex problem of laser heating a metal immersed in a liquid, the thermal phenomena adjacent to the metal–liquid interface, which was induced by means of irradiating a stainless steel sample immersed in a liquid with an 808 nm semiconductor laser beam, were numerically investigated. Based on a simplified method to solve the transient explosive boiling when a continuous wave (CW) laser heating a material in a liquid, a commercial finite element analysis (FEA) code (ABAQUS) was used to directly solve and model the transient temperature fields of laser micro-patterning metal in a liquid. As known from simulation results, the simulation of laser scanning indicates that it realizes the effect of pulse laser heating owing to laser moving and liquid cooling. Moreover, laser scanning achieves the pattern at a high resolution. At the same time, the experiment phenomena also proved that the simulation results were reasonable.     

液面位置对流-固交界面上伪瑞利波幅度影响的数值模拟

研究了流体半空间中存在气-液交界面并且其位置发生改变时,流-固交界面上伪瑞利波的传播特性和幅度响应特征。借助有限差分的方法,实现了对不同气-液交界面位置时振动方向垂直于流-固交界面的脉冲面源所激发表面波声场的数值模拟,分别讨论了气-液交界面自身的散射作用与伪瑞利波传播过程中的能量泄漏对伪瑞利波幅度的影响。数值模拟结果表明:气-液交界面自身对伪瑞利波的散射作用对伪瑞利波幅度仅有极微小的影响,而能量泄漏才是引起伪瑞利波衰减的决定性因素;随着气-液交界面位置的升高,脉冲伪瑞利波幅度呈指数规律下降,与此同时主频向低频偏移。所得研究结果可以发展为一种利用伪瑞利波幅度进行液位检测的可靠方法。      

Second-order random wave solutions for interfacial internal waves in N-layer density-stratified fluid

This paper studies the random internal wave equations describing the density interface displacements and the velocity potentials of N-layer stratified fluid contained between two rigid walls at the top and bottom. The density interface displacements and the velocity potentials were solved to the second-order by an expansion approach used by Longuet-Higgins （1963） and Dean （1979） in the study of random surface waves and by Song （2004） in the study of second- order random wave solutions for internal waves in a two-layer fluid. The obtained results indicate that the first-order solutions are a linear superposition of many wave components with different amplitudes, wave numbers and frequencies, and that the amplitudes of first-order wave components with the same wave numbers and frequencies between the adjacent density interfaces are modulated by each other. They also show that the second-order solutions consist of two parts： the first one is the first-order solutions, and the second one is the solutions of the second-order asymptotic equations, which describe the second-order nonlinear modification and the second-order wave-wave interactions not only among the wave components on same density interfaces but also among the wave components between the adjacent density interfaces. Both the first-order and second-order solutions depend on the density and depth of each layer. It is also deduced that the results of the present work include those derived by Song （2004） for second-order random wave solutions for internal waves in a two-layer fluid as a particular case.