激光冲击波驱动结构的动力学仿真与实验研究

论文摘要

激光冲击波(Laser Shock Wave, LSW)的力学效应应用于激光推进的理念自1972年由美国的Arthur Kantrowitz提出,便吸引了众多学者不断深入的研究。但是到目前为止,关于激光冲击波驱动的研究都是集中于高能推进的冲量耦合系数的研究,对被驱动结构的具体响应以及激光器各个参数对驱动性能的研究却很少,而各个参数对驱动性能影响的获知对激光驱动技术的成熟至关重要,因此需要对各参数对驱动性能的影响做深入的研究。本文根据激光冲击波产生的特点及现有的研究成果,建立了约束模式和直接烧蚀模式两种模式下的激光冲击波力学模型。本模型考虑了激光冲击波作用于结构表面时产生的力随时间历程的变化。利用有限元软件对直接烧蚀模式不同激光器参数产生的激光冲击波驱动的结构作动力学仿真,得出不同参数对驱动效果的影响;并运用激光器驱动悬臂梁做实验研究,并在实验的基础上对比分析了激光冲击波力学模型的仿真结果,对比结果表明,引进参数后的模型与实验数据吻合的很好,改进模型对分析激光各参数对驱动性能的影响具有指导意义。最后,根据激光冲击波产生的常用物理模型——约束模式,对结构在以水作为约束介质的情况下,考虑流体的影响,对结构的模态和动态响应作有限元分析,并与直接烧蚀模式下的数据作对比,讨论了不同模式的优缺点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 选题意义
• 1.3 激光冲击波驱动研究的国内外发展状况
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 2 激光诱导的等离子体冲击波
• 2.1 激光冲击波的形成机制
• 2.2 激光冲击波压力模型
• 2.3 本章小结
• 3 激光冲击波驱动结构的动力学仿真
• 3.1 动力学仿真条件
• 3.2 动力学仿真过程
• 3.3 动力学仿真结果
• 3.4 本章小结
• 4 激光冲击波驱动实验
• 4.1 实验环境、装置及材料
• 4.2 实验方案及步骤
• 4.3 实验参数及计算
• 4.4 激光冲击波驱动实验结果及分析
• 4.5 实验数据与仿真数据的对比分析
• 4.6 本章小结
• 5 考虑流固耦合的激光冲击波驱动结构动力学仿真
• 5.1 考虑流固耦合的结构模态分析
• 5.2 考虑流固耦合的激光冲击波驱动结构动力学仿真
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表学术论文目录