脉冲电子束辐照多层介质的热—力学效应研究

论文摘要

当介质受到脉冲电子束辐照时,将产生汽化反冲和热击波等重要的热—力学效应。数值模拟则是研究电子束热—力学效应的重要手段。在电子束热—力学效应的数值模拟中涉及介质的本构模型、物态方程和大量的物性参数问题。如果是多层介质,电子束能量沉积及热—力学效应的数值模拟将更加复杂。本文采用数值模拟方法研究了脉冲电子束辐照多层介质的热—力学效应及相关问题,主要内容如下:（1）简要介绍了电子束与物质相互作用的基本原理,推导了脉冲电子束辐照多层介质时喷射冲量的计算公式和界面处热击波参数的计算方法。（2）介绍了计算电子束能量沉积的程序SANDYL和计算热击波的程序DRAM1D。为了便于对多层介质的电子束热击波进行模拟,为程序SANDYL和DRAM1D设计了输入初始数据文件的前处理程序PSIP,将程序DRAM1D和SANDYL打包,形成了Pro-DRAM程序包,并设计了程序包Pro-DRAM的帮助文件。（3）铝及其合金材料广泛应用于各种复合结构中,采用传统的理想弹塑形模型描述其内热击波传播规律时得到的热击波应力峰值远大于实验值。我们采用根据霍布金森压杆（SHPB）实验结果拟合得到的率相关本构公式和半径回归法来描述铝合金中的热击波传播规律,很好的解决了上述问题。（4）喷射冲量的数值模拟计算值与材料的升华能密切相关,然而国内现有的实验技术很难实现对材料升华能的测量,为此提出了一种利用脉冲电子束辐照实验数据近似确定材料升华能的方法,并利用该方法确定出两种常用化工材料聚酯和GB材料的升华能值分别为1.1kJ/g和1.5kJ/g。（5）在上述研究基础上,对脉冲电子束辐照四层介质结构C/Ph-Al-C/Ph-Al靶和24层介质结构MZ靶的热—力学效应进行了数值模拟,初步总结出了脉冲电子束辐照多层介质时能量沉积、喷射冲量和热击波传播的相关规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的意义
• 1.2 本课题研究领域发展历史和现状
• 1.2.1 理论研究现状
• 1.2.2 数值模拟研究现状
• 1.2.3 实验研究现状
• 1.3 本课题研究领域存在的问题
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 脉冲电子束辐照热—力学效应的理论基础
• 2.1 电子束与物质的相互作用
• 2.1.1 电离能量损失
• 2.1.2 韧致辐射能量损失
• 2.1.3 电子的有效射程与穿透深度
• 2.1.4 透射系数
• 2.1.5 电子的运动方向
• 2.1.6 电子与混合物的相互作用
• 2.2 脉冲电子束辐照引起的能量沉积及其计算方法
• 2.2.1 能量沉积的解析计算方法
• 2.2.2 能量沉积的Monte Carlo 计算方法
• 2.3 脉冲电子束辐照引起的喷射冲量及其计算方法
• 2.3.1 喷射冲量的产生以及冲量耦合系数
• 2.3.2 多层介质内喷射冲量的计算方法
• 2.3.3 计算喷射冲量时常用的物态方程
• 2.4 脉冲电子束辐照引起的热击波及其计算方法
• 2.4.1 热击波的产生
• 2.4.2 计算热击波的有限差分方法
• 2.4.3 接触界面的处理方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 Pro-DRAM 程序包的制作及使用方法
• 3.1 SANDYL 程序和DRAM1D 程序简介
• 3.1.1 程序简介
• 3.1.2 程序存在的问题
• 3.2 PSIP 程序的开发设计
• 3.2.1 编程环境
• 3.2.2 设计思路和基本结构
• 3.2.3 程序特色和不足之处
• 3.3 Pro-DRAM 程序包及其帮助文件制作
• 3.3.1 Pro-DRAM 程序包的制作
• 3.3.2 Pro-DRAM 程序包的安装与卸载
• 3.3.3 Pro-DRAM 帮助文件制作
• 3.3.4 Pro-DRAM 程序包制作的意义
• 3.4 Pro-DRAM 程序包使用举例
• 3.4.1 利用PSIP 程序制作输入文件
• 3.4.2 热—力学效应计算
• 3.4.3 计算结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 铝合金的本构模型与材料升华能的确定
• 4.1 基于半径回归法的铝合金本构模型
• 4.1.1 半径回归法本构计算公式
• 4.1.2 基于半径回归法的铝合金本构计算公式和数值计算流程
• 4.1.3 计算结果及对比
• 4.2 一种确定材料升华能的新方法
• 4.2.1 反演法简介
• 4.2.2 反演法确定聚酯的升华能
• 4.2.3 反演法确定GB 材料的升华能
• 4.3 本章小结
• 第五章 脉冲电子束辐照多层介质热—力学效应的数值模拟及分析
• 5.1 脉冲电子束辐照4 层介质结构C/Ph-Al-C/Ph-Al 靶
• 5.2 脉冲电子束辐照24 层介质结构MZ 靶
• 5.3 脉冲电子束辐照多层介质热—力学效应
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 主要的研究成果
• 6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学习期间取得的主要学术成果