激光诱导冲击波在层状介质中的传输特性研究

发布时间：2017-06-01 01:15

  本文关键词：激光诱导冲击波在层状介质中的传输特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：“膜基结构”材料是最为简单和常见的层状复合材料,弄清激光诱导冲击波在“膜基结构”材料中的传输规律,对研究激光冲击加工“膜基结构”材料以及更为复杂的多层复合材料,有重要指导意义;对激光参数选择、层状材料设置、冲击效果预测有重要的指导作用。本文主要从冲击波检测、数值仿真、冲击结果分析几方面对激光诱导冲击波在“膜基结构”中传输进行研究。主要工作如下:(1)以“铝膜-铜基体”、“铜膜-铝基体”为研究对象,利用PVDF传感器检测“膜基结构”靶材背面的冲击波信号,并分析测量信号的形成机理及特性。结果表明:膜基界面对冲击波传输有重要影响,所测“膜基结构”材料背面信号强度明显低于同种厚度单层材料;“膜基结构”中的冲击力从加载到平衡所需时间较久,是振荡加载过程;当每层材料厚度低于50μm时,PVDF所测信号无法分辨层间冲击波变化,每层材料厚度越大,层间波形区分越明显。因此,用PVDF测量双层材料冲击波信号,材料厚度不可过薄。(2)用ABAQUS软件建立激光冲击“膜基结构”模型。研究了激光诱导冲击波在“膜基结构”中的传输,及其对“膜层-基体”结合强度的影响。建立不同阻抗匹配模式的“膜基结构”模型,改变膜层厚度,进行数值仿真和实验。分析不同时刻沿深度方向的应力分布,膜层脱落时的凸起形貌,不同膜层厚度对应的最大应力值、持续时间。结果发现:当膜层阻抗小于基体时,膜层表面覆盖合适的约束层可以避免“膜层-基体”界面处形成拉应力,两者结合强度不会减弱,材料表面性能得到强化;当膜层阻抗大于基体时,应根据加工要求,决定是否进行激光冲击加工;当拉应力不可避免时,膜层厚度需慎重选择,既要考虑对材料表面的强化效果,也要减小界面处拉应力强度。(3)理论和实验研究相结合,研究激光冲击过程中“剩余吸收层”对冲击效果的影响规律。选择不同厚度、材质的材料作吸收层;控制激光参数,使冲击后靶材表面留有“剩余吸收层”。通过表征冲击区域凹坑尺寸、力学性能、检测靶材背面的冲击波信号,研究“剩余吸收层”对冲击效果的影响。结果表明:“剩余吸收层”对冲击波有显著衰减作用,进而削弱其对靶材的冲击效果;“剩余吸收层”阻抗直接影响激光诱导原始冲击波压力,以及吸收层-靶材界面处透射冲击波压力;约束层和靶材给定,选择具有“最佳阻抗值”的理想吸收层,可获得最大强度的有效冲击波;实际冲击过程中,必须根据约束层、靶材等,选择合适吸收层,优化吸收层厚度,才可获得理想的冲击效果。
【关键词】：激光冲击 膜基结构 冲击波传输 剩余吸收层 PVDF传感器
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TN249
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 激光冲击加工技术11-13
• 1.1.1 激光冲击强化11-12
• 1.1.2 激光冲击成形12-13
• 1.2“膜基结构”材料13-14
• 1.3 研究激光诱导冲击波在“膜基结构”中传输的意义14-15
• 1.4 冲击波在“膜基结构”中传输的研究现状15-17
• 1.5 本课题主要研究内容17-18
• 第二章 激光诱导冲击波在“膜基结构”中传输的理论基础18-26
• 2.1 激光诱导冲击波的形成18-21
• 2.1.1 冲击波的形成机理18
• 2.1.2 冲击波的物理特性18-20
• 2.1.3 激光诱导冲击波峰值压力估算20-21
• 2.2 激光诱导冲击波的传输21-25
• 2.2.1 冲击波在均匀介质中的传输与衰减21-22
• 2.2.2 冲击波在“膜基结构”中的传输22-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 激光诱导冲击波在“膜基结构”中传输的检测26-36
• 3.1 实验装置和测量原理26-27
• 3.2 典型冲击波检测信号分析27-29
• 3.3 单、双层材料中冲击波检测结果与分析29-35
• 3.3.1 单层材料中冲击波信号30-32
• 3.3.2“膜基结构”材料中冲击波信号32-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 激光诱导冲击波在“膜基结构”中传输的数值研究36-47
• 4.1 ABAQUS软件36-37
• 4.2 数值研究方法37-39
• 4.2.1 模型建立与“膜层-基体”阻抗的选择37
• 4.2.2 膜层厚度的选择37-38
• 4.2.3 本构模型的选择与网格的划分38-39
• 4.3 结果与分析39-46
• 4.3.1 “膜层-基体”阻抗匹配模式对冲击波传输的影响规律39-42
• 4.3.2 数值模拟结果的实验验证42-44
• 4.3.3 膜层厚度对冲击波传输的影响44-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 “剩余吸收层”对冲击效果影响的实验研究47-56
• 5.1 激光冲击技术中“膜基结构”的形成机理47
• 5.2 “剩余吸收层”对冲击强化效果影响的实验研究47-54
• 5.2.1 实验方法和实验装置48
• 5.2.2“剩余吸收层”厚度对冲击效果的影响48-50
• 5.2.3“剩余吸收层”阻抗对冲击效果的影响50-53
• 5.2.4 冲击波检测53-54
• 5.3 本章小结54-56
• 第六章 总结与展望56-59
• 6.1 总结56-57
• 6.2 展望57-59
• 参考文献59-65
• 致谢65-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文66

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1 周南;周亢;丁圭吉;;关于激光诱导裂析谱专题的欧洲-地中海会议2007(Ⅰ)[J];分析试验室;2009年08期

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3 ;激光诱导脑电波[J];激光与光电子学进展;2009年06期

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本文编号：411224