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红外与激光工程 2015年第12期44卷 3541-3547页

作者：叶云霞赵抒怡熊松高昌达江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

激光冲击过程中,剩余吸收层对冲击效果影响显著,但其影响规律少有人关注。文中选择厚度、材质不同的材料作吸收层,实施激光冲击,控制激光参数,使得靶材表面留有剩余吸收层。通过表征靶材表面冲击区域凹坑尺寸、力学性能,以及直接检测冲... 详细信息

激光冲击过程中,剩余吸收层对冲击效果影响显著,但其影响规律少有人关注。文中选择厚度、材质不同的材料作吸收层,实施激光冲击,控制激光参数,使得靶材表面留有剩余吸收层。通过表征靶材表面冲击区域凹坑尺寸、力学性能,以及直接检测冲击时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规律。结果表明:剩余吸收层会显著衰减冲击波,进而削弱靶材的冲击效果;对确定的约束层和靶材,存在具有"最佳声阻抗值"的理想吸收层,使得作用于靶材的冲击波强度最大;激光冲击时,为获得好的冲击效果,必须根据约束层、靶材等,选择合适吸收层,优化吸收层涂覆厚度。文中结果为激光冲击时吸收层材质和厚度的选择提供了依据。

关键词：剩余吸收层激光冲击冲击波声阻抗匹配

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激光诱导冲击波在层状介质中的传输特性研究

激光诱导冲击波在层状介质中的传输特性研究

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作者：赵抒怡江苏大学

学位级别：硕士

“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... 详细信息

“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

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