脈沖激光與水下金屬靶材相互作用力學(xué)效應(yīng)的實驗研究.pdf

1、激光與水下靶材相互作用將出現(xiàn)沖擊波和光致空化的現(xiàn)象，激光誘導(dǎo)的沖擊波和空泡潰滅射流沖擊都將對靶材產(chǎn)生力學(xué)效應(yīng)，這是激光液體環(huán)境加工、激光眼科醫(yī)學(xué)等應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。本文分析了激光與水下靶材相互作用產(chǎn)生力學(xué)效應(yīng)的基本機理；設(shè)計了滿足瞬態(tài)點載荷現(xiàn)場測試要求的測力光纖傳感器；主要從實驗角度測試并分析了脈沖激光輻照水下金屬靶材時產(chǎn)生的脈沖力信號。
　　 提出激光輻照靶材力效應(yīng)的點載荷模型，指出通過測量靶材受力點彈性形變來檢測靶材受力的檢測

2、機理。通過與接觸檢測和干涉法檢測方式優(yōu)劣的對比，在光偏轉(zhuǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入光纖對探測光束的反射光進行強度耦合，構(gòu)建了基于光偏轉(zhuǎn)光強度耦合的測力光纖傳感器，其與靶材組成統(tǒng)一的現(xiàn)場測試系統(tǒng)；基于薄板彈性力學(xué)理論及單模光纖對高斯光束耦合原理，討論了傳感器線性工作范圍和正常工作的主要條件，給出了滿足現(xiàn)場測試要求所需的動態(tài)調(diào)整方案。
　　 使用自行建立的測力系統(tǒng)檢測激光分別輻照空氣和水中銅靶的力學(xué)信號，判別了激光燒蝕力(等離子體沖擊波作用

3、力)Fa和兩次射流沖擊力Fb、Fc。根據(jù)燒蝕力峰值a和第一次射流峰值b出現(xiàn)的時間間隔得到了30mJ激光能量誘導(dǎo)的空泡潰滅的周期。實驗發(fā)現(xiàn)能量為30mJ的脈沖激光對水下銅靶的燒蝕力峰值約為空氣中燒蝕力的4.12倍。測試并統(tǒng)計不同能量的激光輻照水下銅靶產(chǎn)生的力學(xué)信號，使用Origin軟件擬合了激光誘導(dǎo)沖擊波和兩次射流的脈沖力信號峰值與入射脈沖能量的關(guān)系曲線，燒蝕力和射流沖擊力的產(chǎn)生都存在一個閾值能量，三個脈沖力峰值幅度隨脈沖能量的增加均成先

4、上升后下降的趨勢，主要是受水擊穿的影響。靶材所受的激光燒蝕力取決于脈沖的能量，而空泡射流的產(chǎn)生及沖擊力的大小是由脈沖能量和無量綱參數(shù)γ兩個因素共同決定。測試了水下激光作用點處存在空泡約束空腔時靶材受力信號，結(jié)果表明作用點處存在圓筒空腔時，靶材所受的射流沖擊力峰值b、c與無約束空腔相比都有增大，且當(dāng)空腔截面直徑越小，隨高度增加，增大趨勢越甚；而激光對靶材的燒蝕力峰值a幾乎沒有什么變化。使用微射流形成機制和水下激光誘導(dǎo)沖擊波的形成發(fā)展機理解