水下近距爆炸作用下船体梁的动态响应特性

为研究舰船在水下近距爆炸作用下的结构响应及损伤模式,以相似准则为基础,设计了船体梁模型,选用4种不同能量结构的炸药,将其置于模型中部正下方爆炸,通过改变药量和爆距,实验研究了船体梁在近距爆炸作用下的动态响应特性。利用高速摄影技术观察了模型的整个运动过程,结合实验数据定量分析了结构的应变和加速度响应特性,比较了冲击波和气泡脉动对结构的损伤特点。研究发现:近距爆炸气泡脉动会使结构下方形成一个低压流体区,该低压区的存在会使模型受到中垂弯矩作用,并可能使其发生中垂弯曲破坏;随着爆距的增大,爆炸能量与损伤效果之间的相关性变得明显;近距条件下,为了发挥爆炸气泡的最大破坏作用,爆距应该接近于最大气泡半径。     

水下爆炸下有限尺度平板的载荷特性及结构响应试验研究

为研究近结构边界下水下爆炸冲击波和气泡载荷特性,设计几种典型尺寸的平板模型,通过调整爆径比、平板厚度等参数,试验研究了水下非接触爆炸下的气泡脉动过程,分析平板边界处的低压流场特性,并基于应变分析获得了平板结构的局部及整体响应特征。研究发现:在近平板爆炸气泡的运动过程中,平板边界处会出现低压(负压)流场,低压维持时间约占气泡脉动周期的60%~80%,最大负压值可达0.1MPa;随着爆径比的减小,平板的最终变形由弹性变形、中垂变形向中拱变形转变。     

典型结构参数对船体梁抗水下爆炸特性的影响

为了提升舰船抗水下爆炸冲击防护设计水平，首先需要揭示舰船典型结构参数变化对其损伤特性的影响规律。以某型舰船为参考，保留主要结构特征参数，设计了接近真实尺度的梯形横截面船体梁。利用Geers-Hunter理论公式得到各计算工况下的水下爆炸载荷，基于ABAQUS有限元数值模拟方法，对比分析了船体梁长度、外板板厚、型深、型宽等参数变化对船体梁抗水下爆炸冲击的结构响应特性的影响。提出了一种可以表征各典型结构参数对船体梁整体结构强度影响规律的无因次结构强度因子。结果表明：气泡脉动频率与结构固有频率耦合将导致中垂变形；船体梁长度增加使得结构抗弯能力减弱，在水下爆炸响应中的初始中拱变形缓慢增加，最大中垂变形显著增加；船体梁外板板厚、型深、型宽的增加会导致结构在响应期间的初始中拱变形和最大中垂变形减小；初始中拱变形受结构参数变化影响的敏感程度低于最大中垂变形。提出的无因次结构强度因子可以较好地表征船体梁结构整体强度。     

港池环境近水面水下爆炸特性及其毁伤效应

为研究港池环境近水面水下爆炸载荷及其对码头结构的损伤特性,设计了一种典型码头结构,并构建港池环境,运用LS-DYNA程序开展水下爆炸数值模拟研究,对爆炸现象、荷载特性、结构动态响应和能量吸收特性4个方面进行了详细研究,分析了边界、比例爆距等参数的影响规律。结果表明:爆炸气泡脉动主要受到码头结构边界和水面的影响,水底和有限港池内的流体运动对其亦有一定影响;冲击波荷载以比例爆深为中心呈垂向对称分布,气泡脉动荷载主要分布于比例爆深以下位置;结构变形和毁伤主要在冲击波传播阶段形成,气泡脉动和射流的二次毁伤效果较弱;混凝土和沉箱内填土是主要能量吸收部分。     

圆形破口附近气泡动态特性实验研究

以往对于壁面附近气泡动态特性的研究均是针对完整壁面进行的, 而对带破口壁面附近气泡运动特性的研究很少, 例如舰船结构在遭受药包爆炸冲击波作用后形成破口, 其仍可能会遭受随后生成气泡的二次打击, 破口的存在必定会影响爆炸生成气泡的动力学行为. 本文采用电火花气泡生成与观察实验装置, 对带有破口的壁面附近气泡脉动和射流特性进行研究.通过实验发现, 当气泡在破口同心位置生成时, 破口的存在会使气泡靠近破口一侧形成"腔吸现象", 并使气泡形成对射流. 在此基础上分析了破口大小和无量纲距离对破口附近气泡的影响规律, 最后讨论气泡在破口偏心位置生成时的运动特性, 结果发现破口附近气泡的二次打击威力随偏心距离的增加而增加, 文章旨在为不同边界附近气泡运动规律研究提供参考. 关键词： 气泡 实验 破口 射流     

距离参数对浅水中气泡运动影响规律的实验和数值模拟

当爆炸气泡在浅水中运动时,同时受到自由面和水底壁面的作用而产生极其复杂的水面现象,气泡的运动特性与在自由场中或单一边界附近处爆炸相比会发生很大变化。为探究其规律,通过电火花诱导气泡实验,利用高速摄影技术对气泡与组合多边界的相互作用进行了研究,总结了自由面距离(γ_f)和壁面距离(γ_w)对气泡运动和水冢类型的影响。并用OpenFOAM进行了数值模拟,分析了距离参数对射流载荷的影响。结果表明:自由面距离参数较壁面距离参数对水冢类型影响更大;射流速度随自由面距离的增大而减小,在0γ_w2时,射流速度随壁面距离的增大先减小后增大;壁面压力与距离呈负相关,射流冲击面积与距离呈正相关。     

纳秒激光诱导光学元件后表面损伤过程中的爆炸流场及喷溅行为

紫外光学元件损伤动力学的研究是关联物质微观结构演化与光学元件宏观性质变化的重要纽带。在光学元件后表面损伤坑形成的过程中,激光能量沉积导致材料爆炸形成高温高压物质突破表面,并伴随形成爆炸流场和喷溅射流。爆炸流场与初始起爆强度具有强关联性,对爆炸流场及喷溅行为进行研究,可以帮助分析损伤初期的材料状态变化和响应机制,是损伤动力学研究的必需环节。基于多种时间分辨成像技术,捕获了损伤发展前期的材料电离和气化响应演化行为,分析了材料损伤起爆后气化电离等过程的弛豫时间,并确定各个行为转化的关键时间节点,描述了损伤区域能量快速释放的物理过程。     

不同水底介质对有限域中装药沉底爆炸特性的影响

通过开展装药沉底爆炸原理性实验研究,得到了不同水底条件对装药沉底爆炸气泡运动和冲击波压力的影响规律:沉底装药水下爆炸气泡通常呈半球形,依附在水底并同时急剧膨胀达到最大半径,随后气泡做收缩运动并连带水底介质颗粒迅速上浮,同时形状发生显著变化,如在石底和泥底时气泡在水底射流的作用下呈蘑菇状上浮,砂底时气泡则呈现出柱状上浮、未出现明显脉动运动即已坍塌破裂;沉底爆炸与水底介质发生强烈耦合作用而形成不同程度的反射波,通常水下石底的反射冲击波较泥底和砂底更强烈,且一般迭加后的冲击波峰值压力高于入射波阵面压力;不同水底介质条件下,装药与水底发生的强烈耦合作用均对水底造成强冲击破坏。     

激光诱导熔石英表面损伤修复中的气泡形成和控制研究

基于熔石英材料在CO_2激光作用下的温度分布和结构参数变化的计算结果,对熔石英损伤修复中的气泡形成和控制进行了研究.针对损伤尺寸介于150—250μm之间的损伤点,提出了一种能够有效控制气泡形成的长时间低温预热修复方法.基于低温下熔石英材料结构弛豫时间常数较长的特点,该方法在不引起熔石英材料结构发生显著变化的同时,能够解吸附表面和裂纹处所附着的气体和杂质,可有效降低裂纹闭合过程中气泡形成的概率.实验结果表明,长时间低温预热修复方法的成功修复概率可达到98%.     

基于边界元法的近平板圆孔气泡动力学行为研究

研究了带有圆孔的平板附近气泡动力学特性. 基于不可压缩势流理论, 建立了平板圆形破口附近气泡运动数值模型, 并针对气泡初始位置距离破口很近而导致计算结果发散的数值缺陷, 采用气泡壁和壁面融合的方法, 将流场分离为两个半无限域问题进行求解, 实现了在不同无量纲参数范围内的数值模拟, 数值结果与实验结果符合良好. 通过对圆孔附近气泡运动特性的研究发现, 圆孔对气泡的影响基本与壁面相反, 在膨胀阶段对气泡产生腔吸作用, 收缩阶段产生排斥, 在特定的工况下会产生对射流现象. 最后分析了气泡壁与壁面融合, 流场分离后的气泡动态特性以及各工况参数对其影响规律. 关键词： 气泡 边界元 射流 圆孔     

驱动激光束间相干性以及对背向散射影响的研究

早期的研究表明, 束匀滑技术能够有效地抑制高功率激光与等离子体相互作用中产生的各种参量不稳定性, 大大减少受激布里渊散射和受激拉曼散射. 但在NIF最近的实验研究中发现, 受激布里渊散射和受激拉曼散射份额远远高于预期, 原因可能与驱动激光束间的相干性有关. 本文利用"神光II"装置两路倍频纳秒激光辐照金平面靶, 研究了小口径取样情况下两者背向散射的能量和光谱在不同驱动激光相干条件下的变化情况. 初步结果表明, 激光束间存在着较强的相干性, 并且随着束间相干程度的增加, 背向散射也逐渐增强.     

Focal shift and focal switch of flat-topped Mathieu-Gaussian beams passing through an apertured lens system

By introducing a hard aperture function into a finite sum of complex Gaussian functions, an approximate analytical expression predominating the distribution of axial intensity for the flat-topped Mathieu-Gauss (FTMG) beams passing through a system with the aperture and lens separated has been derived. The focal shift and the focal switch effect of FTMG beams passing through the system is studied in detail. Numerical calculations have shown that the position of real focal plane is not coincident with the geometrical focus but is somewhat shifted toward the lens. The focal shift and focal switch of FTMG beams take place when the relative separation s/f = 1 by a suitable choice of beam parameter and truncation parameter, for example, the beam parameter is smaller than its corresponding critical value or the truncation parameter is between its two corresponding critical values.     

Propagation analysis of flattened circular Gaussian beams with a circular aperture in turbulent atmosphere

The propagation properties of flattened Gaussian beam with aperture in turbulent atmosphere have been studied by using the extended Huygens-Fresnel principle. From the study and numerical calculation, the effects of aperture on the propagation of flattened Gaussian beams in turbulent atmosphere have been illuminated. It shows that when the value of the truncation parameter δ is bigger, for example δ?2, the effects of aperture on the propagation properties are too small to be neglected. But when the truncation parameter δ is smaller, for example δ<2, the effects of aperture are complex. The peak value of the average intensity descends more rapidly and the beam spot spreads quicker with aperture than that without aperture when the propagation distance increases. Meanwhile, with the propagation distance increasing, the average intensity profiles of flattened Gaussian beams gradually convert into Gaussian average intensity profiles. In addition, some limiting cases are also discussed. It agrees with the existing results.     

光纤面板窗多碱光电阴极荧光谱特性研究

论述了光致荧光的特点以及微光像增强器多碱光电阴极光致荧光的测量原理, 测量了光纤面板输入窗多碱光电阴极的荧光谱. 测试结果表明, 光纤面板窗的多碱阴极的荧光谱不是一条光滑的高斯型曲线, 而是在一条高斯型曲线上叠加了一些小的干涉峰的曲线. 原因是光纤面板窗所传输的荧光中, 有两束特殊的光线. 一束光为准直光, 另一束光为入射角刚好等于全反射临界角的反射光. 这两束光具有固定的相位差或光程. 当这两束光的相位差相差λ的整数倍时, 它们将干涉并产生干涉加强峰;当这两束光的相位差相差1/2λ的奇数倍时, 它们将干涉并产生干涉减弱峰. 如果在荧光谱的峰值波长处刚好产生干涉加强峰, 那么所测量的峰值荧光强度较其固有的峰值荧光强度要高; 反之, 如果在荧光谱的峰值波长处刚好出现干涉减弱峰, 那么所测量的荧光强度就小于其固有的荧光强度. 另外由于受到干涉的影响, 荧光曲线半峰宽也不能精确确定,所以在分析光纤面板窗光电阴极的荧光谱时, 要考虑到干涉因素的影响.     

斜光束对校正滤光片匹配准确度的影响

光电积分式的测色仪器中,光探测器的响应必须满足卢瑟条件.这一般是通过精确的匹配校正滤光片来实现的,匹配的准确度与入射光束在校正滤光片中的实际光程有关.由于测量条件的影响,入射光束不可避免地包含各个方向的入射光线,斜光束的存在会使理论计算出的匹配准确度降低.本文采用总误差面积比例最小法来评价校正滤光片的匹配准确度,阐述了校正滤光片匹配的理论依据,验证了斜光束光谱透射对于整个校正滤光片匹配准确度的影响,并提出了考虑到斜光束影响的校正滤光片厚度的修正公式.以"Y"滤光片的匹配为例,证明了修正后的公式对提高匹配准确度的意义.     

非傍轴截断平顶光束的质量因子

 使用功率密度的二阶矩方法和Li提出的平顶光束模型，推导出了非傍轴截断平顶光束的束腰宽度、远场发散角和光束质量因子的解析表达式。计算结果表明：非傍轴截断平顶光束的质量因子不仅与截断参数、光束阶数有关，而且与初始束腰宽度和波长之比有关；当截断参数趋近于0时，远场发散角趋于渐近值63.435°；对于光束阶数为1和截断参数趋于无穷大的特例，计算结果分别退化为非傍轴截断高斯光束和非傍轴无截断平顶光束的结果；功率密度的二阶矩方法可用于截断光束，并克服了光束质量因子的发散困难。     

会聚厄米-双曲余弦高斯光束的光强分布和焦移

 基于厄米-双曲余弦高斯光束通过无光阑限制薄透镜聚焦的解析传输公式，研究了厄米-双曲余弦高斯光束聚焦区域的光强分布，并对光束的焦移进行了分析，讨论了偏心参数对光强主极大位置的影响。结果表明：TEM₁₁模厄米-双曲余弦高斯光束的相对焦移（绝对值）随偏心参数和菲涅尔数的减小而增大，菲涅尔数较大时相对焦移趋于零。TEM₂₂模光束在偏心参数小于0.54时，轴外与轴上光强极大值的比值大于1，此时光强主极大在轴外，偏心参数大于0.54时则相反；在偏心参数等于0.54时比值为1，此时光束有两个主极大，偏心参数愈大光强愈集中于轴上。使用LW法和GH法得到的TEM₂₂模光束的相对焦移（绝对值）随偏心参数和菲涅尔数的变化规律与TEM₁₁模光束一致，但相同参数下使用这两种方法得出的具体结果不同。     

单口径相干合成系统激光光束的M2因子研究

单口径相干合成系统激光光束的光束质量是一个亟待解决的重要问题.基于二阶矩定义, 文中给出了单口径TEM₀₀, TEM₀₁及TEM₁₀两两相干光束M²因子的解析表达式, 并比较分析了束腰宽度、传输距离、振幅之比,以及源场位置矢量对相干光束M²因子的影响, 得到了诸如源场位置参量d₁<100λ时,各相干光束M²因子恒定,反之, 其随位置参量d₁的增大而增大等一些结论.最后,文章对两TEM₀₀模相干光束M²因子的 部分理论进行了实验验证.     

The Beam Propagation Factor of Nonparaxial Truncated Flattened Gaussian Beams

By using the second-order moment of the power density, the beam width, far-field divergence angle and M² factor of nonparaxial truncated flattened Gaussian (FG) beams are derived analytically. It is shown that the M² factor of nonparaxial truncated FG beams depends not only on the truncation parameter δ and beam order N, but also on the initial waist-width to wavelength ratio w₀/λ. The far-field divergence angle approaches an asymptotic value of θ_max=63.435° when the truncation parameter δ → 0. For the special cases of N = 0 and δ → ∞ our results reduce to those of nonparaxial truncated Gaussian beams and nonparaxial untruncated FG beams, respectively.