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強激光驅動的爆炸與沖擊效應實驗研究進展

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来源: 作者: 2019-05-22 08:35:40

爆炸與沖擊研究能量的突然釋放和急劇轉化過程,以及由此產生的強沖擊波、高速流動、變形、損傷和破壞效應。傳統的爆炸實驗主要在爆炸洞、野外的爆炸試驗場等進行,而沖擊試驗中彈體的速度主要源于緊縮氣體或者炸藥驅動。強激光驅動的爆炸與沖擊效應是利用強激光與物資相互作用,引誘材料表面產生高溫高壓等離子體并快速膨脹,形成短脈沖高幅值沖擊波并向材料內部傳播,通過實驗環境及參數的設置,實現爆炸或沖擊的力學效應。

在中国科学院设备研制项目和国家自然科学基金的支持下,中科院力学研究所流固耦合效应重点实验室冲击与耦合效应课题组建立了多物理场同步丈量的短脉冲强激光驱动的爆炸与冲击实验平台,研制了亚纳秒量级响应时间的光子多普勒质点速度测量系统,针对不同的速度幅值和频响特点,分别发展了基于短时傅里叶变换和连续小波变换的软件处理方法,能够对低速且快速变化的质点速度进行测量;分析了靶体表面状态对pdv丈量精度的影响并提出了合理改进方法;将pdv测速技术与pvdf测压技术相结合,发展了比传统的霍普金森压杆更为紧凑的材料动态力学性能测量装置。

课题组对多种材料的激光冲击强化作用进程和物理机制展开了研究,提出了描述等离子体压力特征的一维耦合分析模型,并发展了等离子体压力的迭代求解方法。采用pdv捕捉到了冲击强化进程中金属材料内部的应力波传播和衰减规律,包括弹性先驱波、塑性加载波、弹性卸载波、塑性卸载波、层裂引发的质点速度扰动等特点。得到了冲击强化效果的几何相似律,为相关工艺参数优化设计提供了一种可行的分析方法。取得了niti形状记忆合金在不同应变率、压力条件下的相变与非晶化机制。发现了zr基非晶经过激光冲击处理后表面出现鱼鳞状的变形形貌。

近日,中科院条件保障与财务局组织专家对力学所承当的院科研设备研制项目基于短脉冲强激光的爆炸与冲击实验平台进行了技术测试和现场验收。验收专家组认为该项目完成了任务书规定的各项任务并实现了研制目标,技术指标和功能达到或优于任务书要求,部份性能指标处于国际前列,一致同意通过验收。

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