高能連續(xù)激光與外力載荷聯(lián)合作用于鋁合金的理論和實驗研究.pdf

1、自激光被發(fā)現(xiàn)以來，由于其具有普通電磁波所不具備優(yōu)點，被廣泛的用于工業(yè)加工、醫(yī)療教育、國防軍事領(lǐng)域。一方面當(dāng)試件局部受到強(qiáng)激光輻照時，激光輻照區(qū)域溫度迅速上升，造成材料的熱-力學(xué)性質(zhì)發(fā)生劇烈的變化，使得材料發(fā)生熱軟化、熔融乃至氣化噴濺;另一方面由于材料彈性模量、屈服強(qiáng)度隨溫度升高逐漸降低，激光輻照區(qū)域進(jìn)入塑性屈服階段，并且隨著輻照時間增大，屈服區(qū)域逐漸向試件內(nèi)部擴(kuò)大，對材料造成應(yīng)力損傷。當(dāng)工件被夾緊或飛機(jī)導(dǎo)彈在高速飛行時，試件會時刻處于外

2、載荷預(yù)加載的情況，為了實際應(yīng)用情況相符合，本文對高能激光與外加拉力聯(lián)合作用鋁合金靶材的問題進(jìn)行了理論和實驗研究。
　　(1)基于熱傳導(dǎo)理論、熱-力耦合理論和彈塑性理論建立二維物理模型，應(yīng)用有限元方法對受單向拉伸載荷作用的鋁合金板材在高斯分布的連續(xù)激光輻照下的溫度場、應(yīng)力場和出現(xiàn)等效應(yīng)力極小值的時間進(jìn)行研究。在數(shù)值計算中考慮材料性質(zhì)的非線性和相變情況，本文首先研究了有/無外加載荷對塑性屈服時間、材料破壞機(jī)制的影響，接著研究了聯(lián)合加載

3、時激光功率密度、外加拉力和試件厚度與塑性屈服開始時間和出現(xiàn)等效應(yīng)力極小值的時間的關(guān)系。
　　(2)對1060和6061鋁合金進(jìn)行無激光輻照的單向拉伸實驗，得到材料厚度、寬度對單軸拉伸時試件的斷裂過程、斷裂位移、斷裂形貌、塑性屈服點和最大斷裂載荷的影響。選取6061鋁合金進(jìn)行聯(lián)合加載實驗，記錄了從外力加載到激光輻照直至試件完全斷裂的外力載荷隨位移的變化曲線，研究了聯(lián)合加載時材料破壞的機(jī)制、激光輻照中心區(qū)域的溫升情況、試件斷裂所需激光