1 1.中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 绵阳 621900
2 2.中国建筑材料科学研究总院有限公司 绿色建筑材料国家重点实验室, 北京 100024
激光诱导损伤是导致熔石英真空光学元件突发破裂的根本原因。本工作采用神光-Ⅲ原型装置终端光学组件的熔石英真空光学元件制作了标准样品, 统计分析了熔石英玻璃样品表面损伤形貌特征, 探究了激光诱导损伤对熔石英玻璃样品弯曲强度的影响。结果表明: 激光诱导熔石英玻璃损伤点形貌为典型的半椭球体, 损伤点深度随其长度增大呈上升趋势, 深度极限基本不超过2 mm; 损伤点对熔石英玻璃弯曲强度影响非常明显, 含损伤点的样品平均弯曲强度仅为不含损伤点样品平均弯曲强度的41%。随着损伤点长度和深度增大, 熔石英玻璃的弯曲强度总体呈下降趋势, 但当损伤点长度大于15 mm, 弯曲强度下降趋势明显缓和, 损伤点长深比对弯曲强度无明显影响。熔石英玻璃真空窗口光学元件安全设计, 应考虑玻璃弯曲强度离散性及持久应力作用综合影响, 且在损伤点位置处的最大弯曲拉应力不应超过其弯曲强度设计值。
真空窗口光学元件 熔石英玻璃 激光诱导损伤 弯曲强度 安全设计 vacuum window optical element fused silica glass laser-induced damage bending strength safety design
1 中国建筑材料科学研究总院有限公司, 绿色建筑材料国家重点实验室, 北京 100024
2 中国国检测试控股集团股份有限公司, 北京 100024
基于真空玻璃的典型结构特征, 分析了大气压差、温差及风载荷作用下真空玻璃的应力分布特征, 给出了最大弯曲拉应力定量计算公式。基于结构抗力设计方法, 分析了长期和短期应力协同作用下真空玻璃的承载性能设计。结果表明, 在给定基片厚度情况下, 随着支撑物间距的增大, 真空玻璃最大弯曲拉应力呈近似线性增长, 在支撑物间距不变情况下, 真空玻璃最大弯曲拉应力随基片厚度增大呈指数式下降趋势。温差引起的最大弯曲拉应力与玻璃基片厚度及长宽尺寸无关, 但与膨胀系数有关, 温差值与其引发的真空玻璃最大弯曲拉应力呈线性关系。相同条件下, 真空玻璃抗风压性能弱于与其等厚度的单片玻璃。在长期和短期应力协同作用下, 宜分别计算不同应力作用时间下真空玻璃的效应设计值进行校核。
真空玻璃 应力分布 大气压差 温差 风载荷 长期应力 短期应力 vacuum glazing stress distribution atmospheric pressure difference temperature difference wind load long-term stress short-term stress
