激光对目标毁伤效能评估

发布时间：2020-05-13 11:56

【摘要】：随着高能激光武器逐渐走向实战应用阶段,其在攻击速度快、能量集中和费用低廉等优点越来越突出,也逐渐受到各个国家的重视。激光毁伤评估模块是激光武器系统中一项十分重要的组成部分。激光毁伤效能评估可以在作战前预估目标毁伤阈值,模拟毁伤效果。同时可以促进激光武器的改良和设计。在工业应用方面,激光毁伤机理的探索可以加速激光加工等行业的发展。然而目前关于激光对目标的毁伤效能方面的研究还存在一定的不足,因此需要不断探究激光毁伤机理。本文通过金属靶材和碳纤维复合材料靶材两类不同的材料探究激光对目标的毁伤机理,求解靶材受激光辐照下的温度场,使用生死单元法对碳纤维复合材料进行了毁伤模拟,研究了金属靶材的热应力破坏效应,开展了激光辐照两类靶材的毁伤实验。论文的主要研究内容和取得的成果如下:(1)研究了激光毁伤靶材的温度场有限元解。从傅里叶定律出发,通过与有限元理论的结合,推导了温度场的有限元方程。通过热焓法解决了靶材的相变温度求解问题,采用热导率矩阵和比热矩阵的不断迭代更新材料的热物性,获得的温度场更贴近实际情况。(2)进行了金属靶材和碳纤维的温度场建模。建立了金属靶材对激光吸收率模型,考虑热物性随温度变化的因素和熔化相变问题,研究了不同功率密度下铝靶的温升特点。针对碳纤维靶材的热烧蚀现象提出了生死单元法解决了碳纤维表层剥离的问题,更准确地模拟了激光辐照碳纤维复合靶材的温度场。(3)研究了热应力场的有限元解和金属靶材的热应力分布特点。因为温度的分布不均匀,靶材内部热膨胀程度不同,光斑外区域和光斑内区域相互制约形成热应力,同时温度的升高使靶材力学性能下降,从而加剧了激光对靶材的破坏。金属靶材在辐照过程中,热软化效应会不断加剧,其中心区域最易发生塑性变形。(4)开展了激光毁伤金属靶材和碳纤维复合材料的实验。金属靶材在辐照初期会反射出刺眼的亮光,激光烧蚀穿透金属靶材后,靶材孔隙周边有残渣,是熔化后又重新凝固的材料,重力作用下孔隙下方的残渣最多。激光毁伤碳纤维靶材时以烧蚀为主,靶材前表面光斑区域碳纤维更易被烧断,光斑区域周边材料层间分离严重,主要是热应力的破坏和热解的质量损失造成的。
【图文】：

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图 1-1 美国“庞塞”号激光武器演示系统光技术的不断深入研究，激光对靶材的毁伤机取得了十分丰富的研究成果。尤其在军工领提升，激光武器作为新兴武器之一，受到各个高威慑力和打击能力的重要方式。激光毁伤坏机理的研究，有利于激光武器的快速发展进意义。破坏机理研究就是要研究当激光辐照在靶材上和力学反应。影响激光对靶材的破坏效应的量有关，如激光波长、功率密度、作用时间一方面与材料本身的参量相关，如材料的比热拉伸强度等因素。而且这些参量环环相扣，变，，形成了复杂的非线性关系。而其中激光就是钢材和碳纤维复合材料，它们被广泛应

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靶材本身前期受热蒸发的材料蒸汽会被激的过程中会持续的向外辐射紫外线和 X它们对靶材的破坏效应并不会像热力破坏让飞行器上的敏感光学元件产生致盲的效要介绍了激光辐照靶材产生的三种破坏效可能发生的物理现象的一般规律，在后文料的毁伤机理，本文主要关注的是激光辐域温度不平衡造成的热量转移的物理现传递有三种基本形式：热传导、热辐射和差异，热量会按照上述三种方式中的一种靶材中，靶材存在的热传递方式如图 2有画出。激光
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：E11;TN249

【参考文献】