激光对金属/炸药结构的辐照效应

论文摘要

本文采用实验测量与数值模拟相结合的方法,就金属表面对激光的能量耦合规律、金属/炸药结构内部的热传导规律以及炸药的热点火等方面,研究了激光对金属/炸药结构的辐照效应。首先,利用积分球系统测量了1.319μm处45#钢表面反射率随温度的变化规律,通过钢片表面的能谱分析,揭示了温度升高导致的氧化反应是反射率下降的主要原因。其次,使用1.053μm固体热容激光器,进行了脉冲激光辐照Q235钢靶的实验。通过表面形貌观察、能谱分析、反射谱测量、断面金相分析以及温度场分析,研究了脉冲激光对Q235钢靶的辐照效应,得到了脉冲激光辐照过程中能量耦合系数变化的规律。结果表明,表面温度升高导致的氧化反应是能量耦合系数升高的主要原因。最后,利用ANSYS有限元软件计算了内含炸药的金属圆柱壳体在连续激光作用下结构内部的温度场分布,结果表明,金属壳体越厚,炸药能够获得的温升则越小,其热引爆也就越发困难;建立了激光辐照下金属/炸药结构装药点火的一维数值模型,得到了点火时间与入射激光功率密度及金属层厚度的关系,拟合结果表明,点火时间与入射激光功率密度呈双曲函数关系,而与金属层厚度呈二次函数关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 激光武器的优点及其对靶目标的破坏机理
• 1.1.2 导弹战斗部的结构
• 1.1.3 激光对金属/炸药结构的辐照效应
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 金属材料对激光能量耦合系数的测量方法
• 1.2.2 激光对金属靶的辐照效应
• 1.2.3 激光对金属/炸药结构的辐照效应
• 1.3 本文主要研究内容及结构安排
• #钢反射率随温度变化的实验研究'>第二章 1.319μm处45^#钢反射率随温度变化的实验研究
• 2.1 实验原理及内容
• 2.1.1 实验前期准备
• 2.1.2 实验步骤
• 2.2 实验结果及分析
• 2.2.1 反射率随温度变化的实验测量结果
• 2.2.2 反射率随温度变化的机理分析
• 2.2.3 实验测量准确性的检验
• 2.3 本章小结
• 第三章 脉冲激光对Q235 钢靶辐照效应的实验研究
• 3.1 激光辐照下二维轴对称非稳态温度场数值模型的建立
• 3.1.1 计算模型
• 3.1.2 考证算例
• 3.2 1.053μm脉冲激光对Q235 钢靶辐照效应的实验研究
• 3.2.1 实验原理及内容
• 3.2.2 实验结果及分析
• 3.2.2.1 辐照前后表面形貌及能谱分析
• 3.2.2.2 辐照前后钢靶表面的反射光谱
• 3.2.2.3 辐照前后材料金相组织的变化
• 3.2.2.4 温度场分析
• 3.3 1.064μm重频激光辐照下钢靶温升过程的实验研究
• 3.3.1 实验参数
• 3.3.2 实验结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 激光对金属/炸药结构辐照效应的模拟研究
• 4.1 激光辐照下金属/炸药结构的三维温度场模拟
• 4.1.1 激光辐照下金属圆板温升的有限元模拟
• 4.1.1.1 金属圆板温升的有限元模拟解与自编程序解的对比
• 4.1.1.2 不同加载方式下的温升对比
• 4.1.1.3 能量耦合系数随温度变化时的温升对比
• 4.1.2 激光辐照下金属/炸药结构升温过程的数值模拟
• 4.1.2.1 计算参数及有限元模型
• 4.1.2.2 计算结果
• 4.1.2.3 炸药热爆炸的可能性
• 4.2 激光辐照下金属/炸药结构装药点火的一维数值模拟
• 4.2.1 计算模型
• 4.2.2 考证算例
• 4.2.2.1 计算程序的验证
• 4.2.2.2 数值结果与实验结果的比较
• 4.2.3 入射激光功率密度及金属层厚度对点火时间的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果