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《中国工程物理研究院北京研究生部》 2002年
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激光驱动高速飞片的实验和理论研究

谷卓伟  
【摘要】: 本文首先介绍了激光驱动带窗口飞片技术的物理原理、研究方法和应用领域,综述了近年来国内外在该领域的实验和理论研究方面的进展并介绍了可以描述激光驱动飞片过程的瞬时等离子体驱动模型及相关的激光汽化下金属薄膜靶蒸汽的气体动力学理论。 本文建立和发展了激光驱动飞片的实验系统和实验技术,获得了约7km/s的最高飞片速度,飞片具有较好的完整性和平面性。利用石英传感器测量了飞片的平均速度,系统研究了飞片的形成方式对能量耦合效率的影响。实验表明,利用小孔刀口切割形成的飞片其能量耦合效率比自由形成的飞片高一倍以上。 本文建立了一个描述激光驱动过程的体烧蚀模型,在一维流体力学编码SSS的基础上进行改造,并引入列表式状态方程数据库,完成了上述模型的计算。在计算过程中有效地克服了由于小时空尺度带来的刚性困难,计算中没有发生震荡,计算结果是合理和自洽的,并与实验基本相符。利用这一模型可以得到在整个激光驱动过程中不同位置、不同时刻的压力、温度、速度、不透明度及平均电离电荷数的变化。 本文利用激光驱动飞片技术首次冲击引爆了PETN炸药,并得到了极短压力脉冲条件下炸药的起爆阈值及炸药样品中反应冲击波传播的POP关系。利用一维流体力学编码SSS对激光驱动飞片冲击引爆炸药过程进行了一维数值模拟。计算得到了极短压力脉冲下炸药的冲击起爆阈值和反应冲击波传播的POP关系,计算结果与实验基本相符。 本文应用激光驱动飞片技术开展了高应变率加载下金属材料的层裂实验研究。对回收样品的显微金相分析证实材料中发生了明显的层裂。利用SSS编码对激光驱动飞片引起的层裂过程进行了简单的数值模拟,得到了较好的计算结果。
【学位授予单位】:中国工程物理研究院北京研究生部
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:O521.9

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