强激光辐照板的热弹性响应研究

论文摘要

激光技术已广泛应用于高技术产业和军事国防中。激光辐照材料的响应与机理,既是激光加工材料的基础,也是激光武器与抗激光加固的核心理论之一；对激光辐照材料热弹性机理急待研究。基于传热学和弹性理论,针对强激光辐照板的热响应与冲击问题,主要研究了单脉冲和多脉冲激光辐照板的非(?)Fourier效应。本文主要工作：(1)根据烧蚀理论与物质对激光的吸收、反射机理,建立了强激光辐照板的物理与数学模型,它涉及到热辐射和烧蚀引起移动边界非线性问题。(2)基于数值传热学,利用Matlab编程对强激光辐照板的热响应进行数值模拟。结果表明：1)导热系数的取值(函数、常数)引起温度变化速率不同；随时间的推移,受热表面的温度趋于一致,而背面温度相差较大；物体内部温度分布趋势大体相同。2)强激光辐照薄板更适于采用非Fourier导热定律,无论采用单脉冲还是多脉冲激光,温度场均表现出明显的延迟性,并随着松弛时间的增大,延迟性加强。(3)基于热响应与薄板小变形假设,利用板的运动微分方程对强激光辐照薄板引起的热冲击进行数值模拟。结果表明：1)单脉冲激光辐照薄板时,非Fourier现象显着,热弯矩在加热初期逐渐增大,随后减小。2)多脉冲激光辐照薄板时,热弯矩会出现负值,随着薄板空间域温差逐渐缩小,热弯矩也逐渐减小。3)无论单脉冲还是多脉冲激光作用,都会出现反鼓包现象,挠度变化趋势由热弯矩的变化决定。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 激光与物质相互作用
• 1.2.2 激光辐照靶材的热响应
• 1.2.3 激光辐照靶材的热冲击
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第2章 强激光辐照板热响应的数理模型
• 2.1 物质对激光的反射和吸收
• 2.2 强激光辐照板的物理模型建立
• 2.3 强激光辐照板的数学模型
• 2.3.1 强激光辐照厚板的数学模型（Fourier模型）
• 2.3.2 强激光辐照薄板的数学模型（非Fourier模型）
• 2.4 小结
• 第3章 强激光辐照板的热响应非线性分析
• 3.1 控制方程的离散格式与计算流程
• 3.1.1 Fourier导热方程离散格式及其计算
• 3.1.2 非Fourier导热方程离散格式
• 3.2 算例简介
• 3.3 单脉冲激光辐照厚板的热响应算例分析
• 3.4 强激光辐照薄板的热响应算例分析
• 3.4.1 单脉冲激光辐照薄板的热响应分析
• 3.4.2 多脉冲激光辐照薄板的热响应分析
• 3.5 小结
• 第4章 强激光辐照薄板的热冲击非线性分析
• 4.1 薄板热应力计算原理
• 4.1.1 求解热应力基本方程
• 4.1.2 薄板小挠度基本假设
• 4.1.3 薄板热应力动态分析
• 4.2 挠度w（ωs、ωd）的计算方法
• 4.3 强激光辐照薄板的热冲击分析
• 4.3.1 单脉冲激光辐照薄板的热冲击分析
• 4.3.2 多脉冲激光辐照薄板的热冲击分析
• 4.4 小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录A
• 作者简历
• 学位论文数据集