C/C复合材料的氧化对激光防护的影响研究

研究了不同风速下激光辐照C/C复合材料的氧化速率,利用温度场计算结果,结合氧气在空气中的传质速率,计算了激光辐照下C/C复合材料的氧化烧蚀速率及氧化放热的影响。数值计算结果表明,激光辐照期间,较低风速下氧化对烧蚀的贡献很小。作为激光防护材料,C/C复合材料激光辐照期间的氧化烧蚀可以忽略。     

金属氧化膜对激光辐照效应的影响

激光与材料的能量耦合系数是研究激光与物质相互作用的基础。金属在空气中与激光相互作 用时,其能量耦合系数远大于理论值。文中以金属铁为例,研究金属氧化膜对激光与材料的能量耦合系 数的影响。利用温度场计算结果,结合铁在空气中的氧化规律,计算了激光辐照下氧化层厚度的增长及 氧化放热的影响;利用多层膜反射理论,结合氧化层厚度变化,分析了氧化膜导致的激光吸收增强效应,并将计算结果与实验结果进行比较,结果符合很好,证明了模型的合理性。计算结果表明,激光辐照期 间,氧化放热对温度场的贡献很小,就工程应用来说可以忽略,而氧化层带来的吸收增强效应影响较大,不能忽略,辐照一段时间后,激光耦合系数可以用氧化物的理论计算耦合率近似表征。     

激光辐照下转动柱壳平均温度与破坏时间的工程估算

 推导了激光辐照下转动壳体平均温度沿壳体母线方向分布的解析公式。由于对高斯功率密度分布光束无法得到工程上实用的结果,对公式进行了解析拟合,仅由一个具有实际物理意义的拟合系数——分布因子确定了解析拟合公式的形式,明确了温度估算公式中各项的物理意义。解析拟合公式计算结果与数值模拟结果较为一致。作为温升估算方法的一个应用实例,推导了转动充压柱壳在激光辐照下破坏时间的解析公式,与数值计算结果吻合得较好。     

"破前漏"评估技术在激光辐照压力柱壳中的应用

激光辐照在充内压圆柱壳体引起的破坏与萌生裂纹的扩展行为密切相关。本文尝试将"破前漏"(LBB)分析方法应用在激光辐照压力柱壳的断裂力学行为评价上,对激光辐照裂纹萌生后的扩展行为进行了讨论。考虑断裂韧性在温度加载条件下的变化规律,给出LBB分析中裂纹扩展的评价条件,并对结构可能出现的破坏模式进行了讨论。     

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。     

不同气流环境下激光辐照金属材料温升的数值模拟

研究了激光辐照金属材料过程中的氧化放热模型,采用有限元方法编制了计算程序,数值计算了激光辐照钢板在吹空气、吹氮气以及不吹气条件下温升的时空分布,分析了氧化放热量的大小。数值计算结果表明:吹氮气和不吹气条件下,钢板背表面温升的差异不大;在吹空气条件下,氧化放热量约占钢板中沉积能量的34.6%。数值计算结果与文献报道的实验结果符合得很好。