1 哈尔滨工程大学, 哈尔滨 150001
2 中国科学院 力学研究所 流固耦合系统力学重点实验室, 北京 100190
通过数值计算模拟了激光诱导充压柱壳的热力破坏效应，研究了典型结构的动态爆裂过程，获得的破坏模式与实验结果基本一致。给出了三类典型破坏模式及其对应的参数范围，探讨了各类破坏模式的形成机理，并分析了不同光斑尺寸、壳体厚度条件下热软化效应对破坏内压阈值的影响，以及预内压与破坏时间的关系。研究结果表明：光斑半径越大、热软化程度越高，柱壳的破坏内压阈值越低，且破坏内压阈值随着壳体厚度的减小呈线性下降；给定激光参数和壳体参数下破坏时间随预充内压增大而减小并呈二次函数关系。给出了一种通过热软化程度预估激光诱导充压柱壳破坏时间的方法。
激光辐照 热软化效应 充压柱壳 破坏模式 破坏阈值 laser irradiation thermal softening effect pressurized cylindrical shell failure mode failure threshold 强激光与粒子束
2018, 30(3): 031001
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
采用有限元方法模拟了激光辐照下充压柱壳的热力学响应, 计算了不同工况下结构的瞬态温度场和应力场, 根据材料强度准则判断了柱壳的破坏时刻, 并提出了一种预测激光辐照下充压柱壳破坏能量阈值的数值方法。研究了壳体厚度和内压大小对柱壳破坏能量阈值的影响, 并给出了典型工况下柱壳破坏能量阈值同壳体厚度以及充压大小的关系。数值计算结果表明：破坏能量密度阈值与壳体厚度、内压大小近似成线性关系, 壳体厚度比内压大小对柱壳的激光破坏能量阈值影响更大。
激光辐照 柱壳 有限元 破坏能量阈值 laser irradiation cylindrical shell finite element method failure energy threshold
1 西北核技术研究所,陕西,西安,710024
2 西安电子科技大学,陕西,西安,710071
激光辐照在充内压圆柱壳体引起的破坏与萌生裂纹的扩展行为密切相关.本文尝试将"破前漏"(LBB)分析方法应用在激光辐照压力柱壳的断裂力学行为评价上,对激光辐照裂纹萌生后的扩展行为进行了讨论.考虑断裂韧性在温度加载条件下的变化规律,给出LBB分析中裂纹扩展的评价条件,并对结构可能出现的破坏模式进行了讨论.
激光辐照 LBB准则 裂纹扩展 内压柱壳
1 西安电子科技大学理学院, 陕西 西安 710071
2 西北核技术研究所第五研究室, 陕西 西安 710024
为了在实验室设计激光辐照金属充压柱壳的损伤形态,对壳体损伤形态相关的靶面激光参数估计问题进行了研究。在忽略沿柱壳壁面热传导的条件下,给出了壳壁温度分布的解析表达式；根据随温度变化的材料力学参量和内压载荷,分析了壳体激光加热区内热裂纹的生成、稳定扩展和失稳扩展,推导出了壳体发生三种损伤形态的靶面激光参数估计表达式。针对30CrMnSi钢壳体进行了数值计算分析,数值结果与实验现象基本一致。研究结果表明,在给定目标特性条件下,充压柱壳激光辐照效应的损伤形态可以通过选择激光器参数来实验设计。
激光技术 靶面激光参数 热效应 损伤形态 充压柱壳
中国工程物理研究院,流体物理研究所,四川-绵阳,621900
基于有效利用激光能量的目的,采用有限元分析方法分析并比较了重复频率和连续激光对旋转壳体的加热效率.数值计算结果表明:重复频率激光要比连续激光的加热效率高,而且加热效率与重复频率、占空比等有关;在平均功率密度相同的前提下,在频率相同条件下,占空比减小,温度上升加快,即加热效率随占空比的减小而增大;在相同占空比条件下,重复频率越小温度周期变化越明显,振荡峰值越大,当占空比较小时随着辐照时间的增加重复频率对加热效率影响减小.
连续激光 重复频率激光 加热效率 占空比 旋转柱壳 温度场 强激光与粒子束
2006, 18(12): 1975
中国工程物理研究院流体物理研究所,四川,绵阳,621900
建立了激光辐照下充压旋转柱壳热力学响应的物理模型和数值计算模型,求解了激光产生的非线性温度场.在此基础上,考虑塑性和屈服强度的温度相关性,求解了非线性的应力场,分析了柱壳裂纹萌生的可能位置和条件.通过计算发现,旋转充压柱壳在过光斑中心外表面圆周上有最大应力值这说明在过光斑中心的外表面环带区域将有可能最先发生破坏.激光辐照薄壁柱壳时有较高的温升其更容易发生破坏;旋转柱壳在过光斑中心圆周上应力分布随旋转频率增加而趋于均匀这是因为旋转频率增加激光辐照的环带区域温度分布更加均匀;在激光总能量相同条件下,小光斑辐照时易产生裂纹.
激光 旋转充压柱壳 应力
中国工程物理研究院流体物理研究所,四川,绵阳,621900
采用3维实体单元模拟激光辐照下静止及旋转充压柱壳的应力和应变分布,分析了柱壳可能发生破坏的位置和条件.通过对计算结果的分析表明,对于激光辐照下静止及旋转充压柱壳,裂纹都有可能在光斑边缘附近产生.但由于在旋转充压柱壳上,在过光斑中心圆周上有高应力带状区域,因此旋转柱壳有可能在这一环带区域也发生破坏.在相同的激光加载条件下,静止充压柱壳更容易在局部区域开始发生破坏.
激光 充压柱壳 应力 Laser Internally pressured cylinder shell Stress 强激光与粒子束
2005, 17(11): 1660
中国工程物理研究院流体物理研究所,四川,绵阳,621900
采用有限元方法数值模拟在连续激光辐照下旋转柱壳温度场的变化和分布情况,并分析了热性能参数对温度场造成的影响,同时还比较分析了不同旋转频率对柱壳温度场分布的影响.结果表明,激光作用下旋转柱壳的温升大大低于静止柱壳的温升,外表面温度呈现出与旋转频率相符的周期性上升过程,而内表面温升由于热传导的原因在较小频率下才表现出这种周期性,当频率增大到一定值时,内表面温升不出现周期性的台阶而是曲线上升.
有限元方法 激光 旋转柱壳 温度场 Finite element method Intensive laser Rotational cylindrical shell Temperature field
1 中国科学技术大学,力学与机械工程系,安徽,合肥,230027
2 中国工程物理研究院,流体物理研究所,四川,绵阳,621900
用3维实体单元来模拟激光辐照下充压柱壳的应力和应变分布,在光斑边缘采用棱锥单元来处理过渡区,分析了柱壳裂纹萌生的可能位置和条件.通过计算发现:外热源加载的柱壳在时间较短、内压足够大时,裂纹可能会在光斑边缘处产生并扩展开来;在功率相同的条件下,小光斑辐照时易产生裂纹,功率密度相同时,大光斑辐照下易产生裂纹,说明柱壳破坏的一个因素取决于功率密度;柱壳在不同时间,应力与抗拉强度之比分布不同,过光斑中心的柱壳母线上的环向应力在柱壳裂纹的萌生中起主要作用.
激光 充压柱壳 裂纹萌生 热断裂 热应力 Laser Internally pressured cylinder shell Initiation of crack Thermal fracture Thermal stress
