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。     

1．06μm连续Nd-YAG激光辐照45^#钢靶实验研究

开展了1．06μm连续Nd—YAG激光辐照45^#钢靶的温升效应、反射率测量的实验研究。发现靶背面中心温度升到约400℃时出现拐点；连续激光作用钢靶片过程的初始阶段反射率变化微弱，对于厚1mm钢靶片，当温度升到400℃左右时反射率开始随温度升高而减小，该转折点与温度曲线出现的拐点相一致；温度升高导致的金属电导率减小和靶材表面氧化及其后的正反馈过程是材料反射率随温度升高而减小的原因。     

温度和压力对Au反射特性影响及动高压下的测温应用分析

基于金属电子气模型,进行了温度、压力对Au反射率变化影响的研究与分析。利用DAC装置开展了压力对Au反射率变化测量实验,以及激光加热的动态温升条件下温度对Au反射率变化测量实验,获得了探测光束波长为488 nm条件下,温度(室温至350 ℃)和压力(11 GPa范围内)对Au反射特性影响的实验结果。结果表明:在11 GPa压力范围内,与温度因素相比,压力对Au的反射率变化影响可忽略;Au对488 nm波长激光的反射率变化趋势为单调递增,变化幅值达约10%,且具有反射率与温度的一一对应特性。通过动高压加载下材料温度瞬态测量要求分析,认为基于Au在488 nm波长下的反射变化特性,可建立一种适用于动高压加载下低温段(低于1000 K)的瞬态测温方法,用于解决材料动高压领域的瞬态测温技术难点。     

激光熔蚀金属平板的三维有限体积法数值分析

为了研究气流条件下强激光对金属靶的熔蚀效应,采用有限体积方法建立了数值模型,并开发了三维Fortran计算程序。综合考虑强激光与材料耦合规律、光束能量空间分布、材料高温热物理性能以及熔蚀界面移动等关键影响因素,模拟了激光辐照下金属靶板升温、熔化和剥蚀的复杂物理过程。最后,将计算结果与试验数据进行了比较,验证了计算模型和程序的有效性。结果表明,计算模型能够反映强激光熔蚀金属平板的基本规律,熔蚀深度和后表面温度计算值与试验吻合较好,并且自编计算程序简单高效。     

电磁驱动45钢准等熵压缩的实验研究

在已有的众多准等熵加载技术中,磁驱动准等熵加载技术具有准等熵程度高、压力范围大、实验材料种类多、效费比高等特点。利用中物院流体物理研究所建成的磁驱动准等熵压缩和高速飞片实验装置CQ-1.5(最高加载压力为50GPa),成功开展了45钢的准等熵压缩实验,对装置的主要参数进行了介绍;利用激光干涉测试系统DPS获得了45钢飞片的自由面速度历史,通过反积分处理给出了材料准等熵压缩的p-V关系。通过分析实验数据,获得了45钢3种形式的等熵方程的参数。实验获得的最高等熵压力为47.5GPa。     

磁驱动飞片的三维数值模拟及分析

磁驱动准等熵加载和超高速飞片发射是一种全新的冲击动力学和高能量密度物理实验加载技术。利用三维磁流体动力学软件,模拟了磁驱动飞片的物理过程,计算得到的飞片自由面速度与实验结果符合较好。通过计算飞片横断面的温度、密度和磁场分布,得到了加载过程中磁扩散速度和飞片的剩余厚度。飞片加载过程中飞片边缘的卷曲变形严重,分析认为是由电流和磁场分布的不均匀导致飞片边侧受斜上方较大的加载力所致,并且电流分布的不均匀是主要因素。实验设计时,可利用极板构型的变化调节加载面的电流分布,从而提高飞片的平面性,减小边侧的卷曲变形。     

激光烧蚀等离子体射流与固体靶相互作用实验研究

利用激光烧蚀等离子体射流可以获得数km/s 甚至上千km/s 的射流速度,远超目前绝大多数设备所能提供的模拟速度,并且覆盖了极大的温度与密度范围,作为加载手段具有广阔的应用前景。通过实验方法,探索和发展激光烧蚀等离子体射流这一新型实验模拟手段,利用高功率激光烧蚀产生高温高压等离子体射流,实现超高速气体动力学实验室模拟的新途径。以此作为加载条件,研究超高速物体与气体相互作用的气体动力学特性。通过建立激光烧蚀等离子体射流与固体靶相互作用实验方法,可进一步研究等离子体射流的产生、发展以及高速物体气体动力学,为下一步开展天体物理、小行星形貌、超高速陨石与行星大气相互作用机制等相关研究奠定基础。     

准等熵压缩流场反演技术研究

 与一般流体力学计算中将流体力学方程组进行空间离散、再进行时间推进计算不同,采用Hayes提出的流场反演方法,将流体力学方程组进行时间离散,然后将VISAR测量得到的样品后自由面速度历史作为输入数据,再进行空间的反演计算。与一般流体力学计算进行了比较,并与柏劲松设计的Pillow飞片撞击铜样品实验的计算结果作了比较,该方法反演出的样品加载面处的压力历史与其计算结果基本一致,通过参数优化方法多次进行反积分计算调试出的等熵压缩线具有较高的可信度。     

以纳米TATB为基炸药的短脉冲冲击起爆阈值的测量

利用金属箔电爆炸驱动聚酰亚胺薄膜飞片产生短脉冲冲击波的加载技术,依据DRM(Delayed Robbins-Monro)试验程序,分别测量了以纳米级、亚微米级TATB为基炸药的50%短脉冲冲击起爆阈值,并进行比较。结果表明,以纳米级TATB为基炸药短脉冲冲击起爆阈值比以亚微米级TATB为基炸药的低,在确保炸药安全的前提下,使用以纳米TATB为基炸药更有利降低短脉冲冲击起爆装置所需的能量。     

磁驱动高速飞片实验样品设计

利用理论与数值模拟相结合的方法对磁驱动飞片实验样品的尺寸设计进行了分析探讨,给出了横 向尺寸设计的估算公式、长度设计原则、影响厚度设计的主要因素等。