具有毛化凸点的金属零部件在工程中有广泛应用,精确控制毛化点形貌对实现精准控制相关零部件性能至关重要。以45钢为研究对象,采用二维轴对称模型仿真,探究脉冲激光作用下熔池内温度场、流体流向和流速的演变规律,据此研究毛化形貌形成的微观机理和动态过程。结果表明:在加热过程中,当表面温度低于临界温度时,切向应力为负,熔质流向熔池中心;当表面温度高于临界温度时,切向应力为正,熔质向边缘流动,最终在2个异向环流交界处形成对流零点;对于同种环流,切向应力越大,对应的流速峰值越大。超过临界温度后产生新环流,若环流流速较小,则削弱形貌变形量,若环流流速较大,则会在对流零点处产生异形形貌。

为了理解磁驱动飞片自由面烧蚀的机理、自由面被烧蚀后飞片的物质状态、自由面被烧蚀后激光速度干涉仪(VISAR)测量的机理等,采用磁驱动数值模拟程序MDSC2对聚龙一号装置上PTS-151发次磁驱动飞片实验中370 μm厚飞片进行了模拟和分析。数值模拟表明,334 ns之前飞片自由面部分保持固体状态,334 ns之后飞片自由面部分已经熔化,到340 ns后整个飞片都被熔化。飞片自由面烧蚀的主要机制是电流焦耳加热,热扩散和压缩做功的贡献很小。数值模拟的固体密度反射面速度历史和VISAR测量的速度历史一致。飞片自由面熔化后,VISAR测量的速度是距离自由面最近的固体密度反射面的速度。

采用二维磁驱动数值模拟程序MDSC2，对大电流脉冲装置“聚龙一号”上的151发次磁驱动370 μm厚铝飞片实验、164发次磁驱动330 μm厚铝飞片实验进行了数值模拟和分析。数值模拟表明：370 μm厚铝飞片和330 μm厚铝飞片的磁驱动过程中, VISAR测量的速度不是飞片自由面的速度，而是飞片中邻近自由面最近的固体反射面的速度。这是由于磁驱动飞片发射过程中，飞片自由面部分被烧蚀，密度低于固体密度状态，而飞片自由面和加载面中间的飞片还保持固体密度状态。VISAR测量的激光将穿过自由面的低于固体密度状态的飞片部分，到达飞片自由面最近的固体密度位置再反射回去,获得这一位置的飞片速度。数值模拟的飞片固体反射面速度历史和VISAR测量的速度历史相吻合。

脉冲功率驱动源作为磁驱动加载的重要手段，通过调整其电路参数可调节负载电流波形，实现对样品无冲击准等熵加载。在“阳”加速器上，开展了一系列轴对称结构和带状结构构型的磁驱动平面飞片发射实验，电极材料采用不锈钢和LY-12铝。实验中测量了进入负载的电流历史和电极后自由面速度历史，并通过时序控制将两者时间关联起来。本文以测量到的电流历史数据为基础，引入负载电流分布系数，并结合已知的LY-12铝的状态方程数据，计算电极后自由面速度历史和飞片速度历史。通过实验测量自由面速度历史校验负载各个位置的电流分布系数。另外，基于装置参数和实验数据确定了考虑负载电感变化的装置等效电路模型，形成了计算样品压力加载历史和电极后自由面速度历史估算程序。此外，初步分析不同厚度电极的自由面速度历史，获取了电极材料的准等熵加载波剖面信息，观察到一系列准等熵加载下材料动力学性能引起的物理现象。

针对磁驱动高速飞片发射技术，建立了磁驱动飞片的二维磁流体力学数学模型，并考虑了焦耳热对飞片的影响。在四边形网格的基础上，采用算子分裂法，把磁流体力学方程依次分成热扩散、磁扩散、理想流体力学三个物理过程进行求解，研制了磁驱动飞片二维磁流体力学数值模拟程序。对美国Sandia国家实验室Z装置上的一个磁驱动飞片发射实验进行了数值模拟，并分析了不同时刻焦耳加热对飞片的烧蚀情况，计算得到的飞片自由面速度曲线与实验激光速度干涉仪测量的结果相吻合。