连续激光辐照下受载结构的热力耦合破坏研究

<span style="font-family: 'Trebuchet MS', 'Lucida Sans Unicode', Arial, sans-serif; line-height: 22px">本文以连续激光辐照下靶目标的变形与破坏等热力学响应特征为研究对象，采用了量纲分析、解析求解以及有限元方法等手段进行了较为系统的研究，得到了一些典型的靶结构变形与破坏的演化过程、主控参量和临界曲线。全文的工作主要包括，1.总结和评述了近四十年来国内外在此领域取得的重要进展，包括如下几方面：研究的背景和需求；不同激光参数下材料所表现出的破坏模态；激光辐照下靶目标温度场和变形场的实验和理论研究状况；热力耦合破坏机理的建立与应用等。并在此基础上，确定了本文的研究方向和路线。2.从π定理和基本控制方程入手，对连续激光在靶目标中引起的硬破坏效应进行了量纲分析，得以了8个具有明确物理背景的主控参量。这一工作有利于增强数值模拟工作的目的性，减少计算量。3.在不考虑材料参数温度依赖的前提下，利用热弹性板理论分析了承受横向载荷的薄板在激光辐照下的响应。通过特殊函数理论和级数解法的应用，得到了板中温度场和应力场的解析解。并将该解析解与数值解进行了对照和验证。4.利用ANSYS程序，数值模拟了平板和柱壳两种典型结构在连续激光辐照下的热力学响应。本工作的特色在于：一是在考虑了几何／材料非线性的条件下，利用3D实体单元，研究了机械载荷对激光诱导的变形和破坏过程的影响；二是首次获得了典型靶结构激光破坏的演化过程；三是在靶材料固定的前提下，得到了激光参数－载荷参数组成的临界破坏曲线。另外，我们在有限元分析模型的建立与单元网格的临界破坏曲线。另外，我们在有限元分析模型的建立与单元网格的划分上也进行了一些有益的探索和尝试。5.利用掌握的数值模拟方法，对含涂层结构的热冲击等问题进行了分析，为将来抗激光加固技术的数值研究奠定了一定的基础。最后，作者在总结全文内容的基础上，对相关领域中亟待发展和研究的课题进行了展望。</span>