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。     

轴压柱壳在连续波激光辐照下的屈曲破坏

介绍轴向预压柱壳侧表面在连续被ＣＯ＿２激光辐照下的屈曲破坏实验。结果表明，辐照面的材料热软化将诱发预压柱壳的屈曲破坏，并且柱壳预压的屈曲；临界载荷将随激光入射能量的增高而降低，考虑到持续轴压载荷和柱壳的后屈曲特性，可能引起柱壳屈曲的灾难性塌陷破坏。     

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。     

激光辐照热力耦合问题的相似性

 由量纲理论出发，分析了激光辐照热力耦合理论的无量纲化基本方程组。在一定的近似条件下，导出了激光辐照热力耦合问题的一般相似性准则，该相似准则不受与温度相关的材料特性的约束。在此基础上给出了强激光辐照充压圆柱壳体热力效应的缩比方法，并对一组实例进行了计算，得到了缩比模型与原型结果几乎完全相似的结论。理论分析与数值计算表明，激光辐照热力耦合问题在合理的近似下满足相似律。     

强激光照射下受预内压作用的球壳的热力响应

分析受强激光照射和预内压联合作用的球壳的热力效应。在光强相对较低的情形,激光照射处理为壳体表面热流输入。推导了瞬态热传导解析解;并选取一组典型的几何及材料参数,针对一系列激光光强情形用大型有限元程序对热传导和热弹塑性变形作了数值计算,得到了热传导的清晰的物理图象,讨论了壳体结构变形的空间分布和随时间的演变规律以及对激光光强和照射时间的依赖关系。     

超声速气流下强激光辐照靶体失效数值模拟

建立了能够反映激光、流场和结构相互作用的热流固耦合数值计算方法,用于模拟超声速气流（马赫数1.2~4.0）作用下强激光辐照靶体结构的失效行为。分析了不同耦合策略对数值计算结果的影响。研究了激光功率密度及来流马赫数对屈服失效和熔融失效行为的影响。结果表明:激光功率密度对失效辐照时间影响显著;存在一个临界马赫数,使得达到屈服失效和熔融失效的辐照时间最长。通过定量分析激光辐照下不同马赫数的气动生热、散热及能量分配,解释了临界马赫数存在的机理。     

柱壳和锥壳结构自由振动特征的数值计算与校验

为了评估柱壳和锥壳结构自由振动特征数值计算的精度,分析不同边界条件、环肋、纵肋以及流体载荷对自由振动特征的影响,计算并校验了典型壳体结构在空气中、浸没以及浸没并充满水情况下的自由振动特征。结果表明,空气中干模态分析在2 kHz内、单面及双面接触水情况下的流固耦合湿模态分析在500 Hz内的计算精度能够控制在10%以内。壳体流固耦合自由振动分析时可以采用实体单元离散也可以采用壳单元离散的方法,前者精度略高,能够有效保证求解收敛的频带范围更宽,但工作量更大。径长比大于0.2时,浸没于水中的自由振动分析可以转换为内部填充水时的自由振动分析,转换时应保证两者流固耦合湿表面积相等,如半浸水和半充满水,能够有效减小计算量;环肋和流体载荷对壳体自由振动特征的影响明显,环肋使柱壳同阶自振频率增加,流体载荷使柱壳同阶自振频率减小且影响幅度更大,两者均会使得柱壳模态振型呈现错序排列;流固耦合效应对无肋柱壳和环肋柱壳自振频率的影响效果相当;柱壳内外有水相对于单面接触水而言,同阶自振频率进一步减小,模态振型基本不变;流体载荷对环肋锥壳的自振频率和模态振型的影响幅度较对环肋柱壳小。      

热力联合作用弹性薄圆板的弯曲与屈曲

 导出了热力联合作用下弹性薄圆板的弯曲动力响应控制方程,讨论了其弯曲变形特点及影响失效的因素。分析表明在短时热能沉积作用下,热屈曲是弹性薄板失效的主要方式之一;反鼓包或反冲塞是热屈曲的后继行为;增加外载和热能沉积功率水平都将加速热屈曲的发生;材料的温度相关性与热能沉积的时空分布对薄板的力学行为都有重要影响,同为产生和影响热剪切失效(反冲塞)的重要因素。     

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。     

内表面掺硅聚苯乙烯空心微球初步研究

靶丸内表面掺杂诊断元素可以为内爆压缩界面的研究提供必要的手段。以二甲基二乙氧基硅烷为原料，利用乳液微封装技术和界面聚合技术可以实现单一内表面掺硅的空心聚苯乙烯微球的制备。X光照相和X能谱分析表明:内表面掺硅量比外表面高出2~3个数量级。均匀内表面掺硅层的厚度小于0.3μm，掺杂层厚度越小，均匀性越好。     

Buckling of 2D-FG Cylindrical Shells under Combined External Pressure and Axial Compression

This paper presents the stability of two-dimensional functionally graded (2D-FG) cylindrical shells subjected to combined external pressure and axial compression loads, based on classical shell theory. The material properties of functionally graded cylindrical shell are graded in two directional (radial and axial) and determined by the rule of mixture. The Euler's equation is employed to derive the stability equations, which are solved by GDQ method to obtain the critical mechanical buckling loads of the 2D-FG cylindrical shells. The effects of shell geometry, the mechanical properties distribution in radial and axial direction on the critical buckling load are studied and compared with a cylindrical shell made of 1D-FGM. The numerical results reveal that the 2D-FGM has a significant effect on the critical buckling load.     

A study of the effect of laser beam geometries on laser bending of sheet metal by buckling mechanism

Laser beam forming has emerged as a new and very promising technique to form sheet metal by thermal residual stresses. The objective of this work is to investigate numerically the effect of rectangular beam geometries, with different transverse width to length aspect ratio, on laser bending process of thin metal sheets, which is dominated by buckling mechanism. In this paper, a comprehensive thermal and structural finite element (FE) analysis is conducted to investigate the effect that these laser beam geometries have on the process and on the final product characteristics. To achieve this, temperature distributions, deformations, plastic strains, stresses, and residual stresses produced by different beam geometries are compared. The results suggest that beam geometries play an important role in the resulting temperature distributions on the workpiece. Longer beam dimensions in the scanning direction (in relation to its lateral dimension) produce higher temperatures due to longer beam–material interaction time. This affects the bending direction and the magnitude of the bending angles. Higher temperatures produce more plastic strains and hence higher deformation. This shows that the temperature-dependent yield stress plays a more dominant role in the deformation of the plate than the spread of the beam in the transverse direction. Also, longer beams have a tendency for the scanning line to curve away from its original position to form a concave shape. This is caused by buckling which develops tensile plastic strains along both ends of the scanning path. The buckling effect produces the opposite curve profile; convex along the tranverse direction and concave along the scanning path.     

Cassegrain激光发射系统的光路设计

为了提高激光探测系统激光的发射功率,在出射激光为基模的高斯光束的光路设计中,根据高斯光束经过光学系统的变换与传输特性,分析了系统采用Cassegrain望远镜时,其遮拦比以及入射光束束腰半径对光功率透过率的影响。通过具体的数值计算得出,随着遮拦比及入射光束束腰半径的增大,系统光功率透过率将减小,给出了望远镜遮拦比与发射孔径处光斑尺寸之间的最佳匹配关系,最后讨论了离焦误差（安装误差）为0.2mm时对出射光斑尺寸的影响。     

强激光对燃烧室壳体的热-力毁伤研究

基于ANSYS有限元软件,按有无内压作用,分别对激光辐照下燃烧室壳体的温度场、热应力、应变与损伤进行了计算与分析.分析表明,壳体的温度场分布与光束的功率分布一致,光斑中心温度最高.壳体中应力最大值不在光斑中心,而是位于光斑边缘处,在壳体吸收的激光功率密度超过1 000W/cm2时,壳体中应力大于材料的强度极限,壳体均会发生软化.在存在内部燃气压力的情况下,壳体应力会产生局部集中,沿壳体环向表面通过光斑中心中轴线区域很有可能裂口;相比较无内压的壳体,存在内压的壳体中的应力和产生的形变均大于无内压时的壳体.因此,为达到相同的毁伤效果,在存在内压的情况下,可以适当的降低激光的辐照强度.     

强激光对燃烧室壳体的热-力毁伤研究

基于ANSYS有限元软件, 按有无内压作用, 分别对激光辐照下燃烧室壳体的温度场、热应力、应变与损伤进行了计算与分析.分析表明, 壳体的温度场分布与光束的功率分布一致, 光斑中心温度最高.壳体中应力最大值不在光斑中心, 而是位于光斑边缘处, 在壳体吸收的激光功率密度超过1 000 W/cm²时, 壳体中应力大于材料的强度极限, 壳体均会发生软化.在存在内部燃气压力的情况下, 壳体应力会产生局部集中, 沿壳体环向表面通过光斑中心中轴线区域很有可能裂口;相比较无内压的壳体, 存在内压的壳体中的应力和产生的形变均大于无内压时的壳体.因此, 为达到相同的毁伤效果, 在存在内压的情况下, 可以适当的降低激光的辐照强度.