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《南京理工大学》 2004年
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高功率激光与材料相互作用力学效应的测试与分析

徐荣青  
【摘要】:本文主要从实验上全面研究了高功率激光与物质相互作用存在的力学效应、超声效应、空泡效应、等离子发射光谱以及等离子冲击波。 首先提出了一种由负轴棱镜和球面透镜组成的光学系统,该系统可产生光斑尺寸可变的无衍射光束,指出若用该系统作为激光加工的聚焦系统,在无衍射范围内对工件位置误差的敏感度为零,对工件表面的平整度适应性强,并可通过更换普通的球面透镜来适应不同加工要求,同时指出该系统在测量方面潜在的应用价值。 采用光学阴影同步照相法研究了激光烧蚀靶材过程中烧蚀物的空间形状及其发展过程,首次提出光场力概念,结果表明:烧蚀物离开靶材表面时的速率分布由蒸发机制决定,在作用激光作用时间内烧蚀物的传输行为由扩散机制和光场力机制共同决定,激光作用结束后,烧蚀物的传输行为由扩散机制单独决定。 研制了基于光探针技术的测量等离子体发射光谱的装置,并用该装置研究了激发态Al原子的特征谱线的飞行谱,计算了激发态Al原子的飞行速度。 研制了基于表面形变效应光偏转的激光超声测试仪,用其测量了Lamb波、表面波及纵波。 研制了基于折射率效应光偏转的等离子冲击波测试仪,首次用光偏转法测量了透明固体中的冲击波。 首次研制了基于胡克定律的光纤瞬态力学传感器,用其研究了不同激光能量下水下打靶过程中靶的力学效应,结果表明:靶依次受到三个瞬态脉冲压力;空泡射流的产生及射流冲击力的大小,由泡能和无量纲参数共同决定。实验研究了气液环境中激光打孔的效率,得到了水中激光打孔效率远高于空气中打孔效率的重要结论,并分析了原因。 根据考虑空泡能量耗散的球形空泡动力学模型,数值计算了激光泡的脉动过程,在此基础上,基于气液两相面折射率变化引起光偏转原理,设计并研制了测量激光泡一维几何线度的实验装置,用其研究了不同激光能量下靶材表面激光泡各次脉动的最大泡半径及最小径向距离,并对数值计算与实验结果进行了分析。 本文的研究结果对激光的应用及相关检测技术的发展有一定的促进作用。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TB30

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 马云;激光超声技术及其在高压声速测量中的应用[D];中国工程物理研究院;2010年
2 石里男;焊接电弧引燃过程的机理分析[D];北京工业大学;2011年
3 黄丽;飞秒激光激波特性的闪光高速摄影实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 樊玉杰;激光微喷丸强化的压力模型及冲击效应研究[D];江苏大学;2011年
5 关建飞;激光声表面波及其探测表面缺陷的机理研究[D];南京理工大学;2006年
6 胡永祥;激光冲击处理工艺过程数值建模与冲击效应研究[D];上海交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 丛景彬;新型多脉冲YAG激光器在打孔上的实验与研究[D];长春理工大学;2010年
2 陈刚;复合材料中激光超声的数值模拟[D];南京航空航天大学;2011年
3 姜洪;激光冲击波驱动结构的动力学仿真与实验研究[D];华中科技大学;2011年
4 初杰成;水导引激光耦合机理及加工试验研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
5 白顺波;微波法诊断激光等离子体研究[D];南京理工大学;2006年
6 郝达福;激光等离子体点燃机理分析与阈值测试研究[D];南京理工大学;2006年
7 赵良磊;国产船用钢板高功率CO_2激光焊接中等离子体行为的研究[D];上海交通大学;2008年
8 孙岳;强激光辐照下材料热弹性响应研究[D];北京交通大学;2008年
9 孙胜廷;水导引激光加工装置及加工特性研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 袁永华,刘颂豪,孙承纬,廖常俊,王伟平,张大勇;脉冲激光辐照硅材料引起表面波纹的特性研究[J];光学学报;2004年02期
10 满宝元,王象泰,胡燮荣,许炳章;激光烧蚀金属表面产生的发射光谱分析[J];光学学报;1997年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 臧涛成,胡焕性,邵琦;破甲弹复合罩性能研究[J];火炸药学报;1998年04期
10 倪晓武,王文中,陆建,沈中华;强激光致空气击穿过程的数值模拟[J];兵工学报;1998年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 石一飞;沈中华;陆建;倪晓武;;利用光偏转差分式探测系统测量激光声表面波[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
2 郭大浩;吴鸿兴;李国杰;王声波;张永康;;重复率钕玻璃激光冲击波驱动器[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
3 陈彦北;陆建;倪晓武;;激光作用金属板材塑性损伤的判定[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
4 王攀;王晓雷;翟宏琛;胡浩丰;李璐杰;;飞秒激光在水中激发冲击波的超快数字全息诊断[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
5 孙海权;;钝感炸药TATB球面散心爆轰数值模拟中的人为粘性和空间步长的匹配关系[A];第七届全国爆轰学术会议论文集[C];2006年
6 时立国;汤文辉;李楠;;一维炸药冲击起爆的SPH数值模拟研究[A];第八届全国冲击动力学学术讨论会会议论文集[C];2007年
7 姜剑生;李维新;韩冰;;柱形装药爆轰驱动飞板的有效装药及速度估算[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年
8 宁建国;刘春;马天宝;;不分裂输运算法在爆炸数值模拟中的运用[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年
9 于明;;粘性金属中正激波稳定性分析[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年
10 陈力;李德聪;郑波;刘学柱;杨世弘;丁雁生;;炸药近地空爆近区现象的数字图像分析[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 黄西成;内爆与外爆加载下壳体的力学状态及破坏模式分析[D];中国工程物理研究院;2010年
2 马云;激光超声技术及其在高压声速测量中的应用[D];中国工程物理研究院;2010年
3 赵翔;激光驱动飞片点火设计技术研究[D];中国工程物理研究院;2009年
4 谭海涛;受水下爆炸载荷作用的船体结构可靠性研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 吕涛;钬激光脉冲水下空化效应及其在消融生物组织中的应用[D];华中科技大学;2010年
6 刘继展;番茄采摘机器人真空吸持系统分析与优化控制研究[D];江苏大学;2010年
7 鲁金忠;激光冲击强化铝合金力学性能及微观塑性变形机理研究[D];江苏大学;2010年
8 王金伟;连杆/箱体主轴承座裂解槽脉冲激光加工数值模拟及试验研究[D];吉林大学;2011年
9 程磊;受限空间煤尘爆炸冲击波传播衰减规律研究[D];河南理工大学;2011年
10 刘玉锦;气体动力学燃烧模型的初值问题[D];上海大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱会启;煤与瓦斯突出冲击波实验研究[D];河南理工大学;2010年
2 叶亚云;光学元件表面的激光清洗技术研究[D];中国工程物理研究院;2010年
3 章征伟;径向质量分布对丝阵Z箍缩等离子体内爆动力学的影响[D];中国工程物理研究院;2010年
4 任健;辐射热传导方程九点格式的研究与应用[D];中国工程物理研究院;2010年
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9 丛景彬;新型多脉冲YAG激光器在打孔上的实验与研究[D];长春理工大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 马云;激光超声技术及其在高压声速测量中的应用[D];中国工程物理研究院;2010年
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4 刘青;飞秒激光在透明介质中的三维光存储研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2004年
5 许伯强;层状材料的激光超声有限元模拟和神经网络方法反演材料参数的研究[D];南京理工大学;2004年
6 余亮英;激光感生击穿光谱的理论与燃煤应用实验研究[D];华中科技大学;2005年
7 李弘;低温气体放电现象的数值研究[D];中国科学技术大学;2002年
8 何存富;激光超声技术及其应用研究[D];清华大学;1995年
9 陈虹;激光光束质量对光束传输聚焦和加工质量的影响[D];北京工业大学;2006年
10 何跃娟;金属管状材料中脉冲激光热弹激发超声的有限元数值模拟研究[D];南京理工大学;2006年
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1 李思忠;高速冲击条件下PVDF传感元件测压技术及其工程应用[D];四川大学;2001年
2 张阔海;大功率Nd:YAG激光束光纤耦合技术研究[D];北京工业大学;2003年
3 郑义军;打孔用高峰值功率声光调Q脉冲激光器的研制[D];北京工业大学;2003年
4 陈陶;激光与物质热作用过程的数值模拟研究[D];南京理工大学;2004年
5 沈美;激光与含能材料相互作用机理研究[D];南京理工大学;2004年
6 钱彦;不同介质中激光等离子体冲击波波前参量特性研究[D];南京理工大学;2004年
7 翁继东;全光纤速度干涉技术及其在冲击波物理中的应用[D];国防科学技术大学;2004年
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9 李雪飞;激光与含能材料相互作用的实验研究和数值模拟[D];南京理工大学;2005年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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6 王贵鑫;严刚;关建飞;;基于柱状金属材料表面激光激发超声波的有限元分析[J];激光与光电子学进展;2013年03期
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中国博士学位论文全文数据库 前8条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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9 陈刚;复合材料中激光超声的数值模拟[D];南京航空航天大学;2011年
10 姜洪;激光冲击波驱动结构的动力学仿真与实验研究[D];华中科技大学;2011年
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6 李斌;氮化物陶瓷基耐烧蚀、透波复合材料及其天线罩的制备与性能研究[D];国防科学技术大学;2007年
7 张守明;低温熔渗反应制备锆基耐超高温陶瓷复合材料及其性能研究[D];国防科学技术大学;2012年
8 李理;固体火箭冲压发动机绝热层烧蚀及结构参数对烧蚀的影响研究[D];国防科学技术大学;2011年
9 刘爽;锆钛酸铅(PZT)陶瓷材料相关技术与应用研究[D];中国科学技术大学;2009年
10 赵丹;耐超高温陶瓷先驱体及其复合材料的制备和性能研究[D];国防科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李志鑫;大电流下的电极烧蚀试验装置设计及烧蚀研究[D];燕山大学;2012年
2 高迪;酚醛树脂浸渍碳纤维三维编织体的成型与烧蚀行为研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 肖永栋;提高硅基烧蚀材料隔热性能的研究[D];武汉理工大学;2002年
4 李冰清;Al20Si/Gr耗散防热材料氧—乙炔和发动机燃烧室烧蚀性能研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 杨德军;C/C复合材料烧蚀行为的数值模拟[D];兰州理工大学;2011年
6 王震武;绝热材料性能测量系统设计及研究[D];长安大学;2010年
7 李阳;航天器TPS用耐高温烧蚀修复剂研究[D];南京航空航天大学;2011年
8 杨章富;纳米氧化锆基热障烧蚀复合涂层的制备与研究[D];武汉理工大学;2007年
9 姚从菊;再入飞行器烧蚀层内热质传输过程的数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2007年
10 罗万清;气流焓值对非烧蚀材料表面氧化反应影响的数值研究[D];中国空气动力研究与发展中心;2010年
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