脉冲电子束辐照多层介质的热—力学效应研究

【摘要】： 当介质受到脉冲电子束辐照时,将产生汽化反冲和热击波等重要的热—力学效应。数值模拟则是研究电子束热—力学效应的重要手段。在电子束热—力学效应的数值模拟中涉及介质的本构模型、物态方程和大量的物性参数问题。如果是多层介质,电子束能量沉积及热—力学效应的数值模拟将更加复杂。 本文采用数值模拟方法研究了脉冲电子束辐照多层介质的热—力学效应及相关问题,主要内容如下: (1)简要介绍了电子束与物质相互作用的基本原理,推导了脉冲电子束辐照多层介质时喷射冲量的计算公式和界面处热击波参数的计算方法。 (2)介绍了计算电子束能量沉积的程序SANDYL和计算热击波的程序DRAM1D。为了便于对多层介质的电子束热击波进行模拟,为程序SANDYL和DRAM1D设计了输入初始数据文件的前处理程序PSIP,将程序DRAM1D和SANDYL打包,形成了Pro-DRAM程序包,并设计了程序包Pro-DRAM的帮助文件。 (3)铝及其合金材料广泛应用于各种复合结构中,采用传统的理想弹塑形模型描述其内热击波传播规律时得到的热击波应力峰值远大于实验值。我们采用根据霍布金森压杆(SHPB)实验结果拟合得到的率相关本构公式和半径回归法来描述铝合金中的热击波传播规律,很好的解决了上述问题。 (4)喷射冲量的数值模拟计算值与材料的升华能密切相关,然而国内现有的实验技术很难实现对材料升华能的测量,为此提出了一种利用脉冲电子束辐照实验数据近似确定材料升华能的方法,并利用该方法确定出两种常用化工材料聚酯和GB材料的升华能值分别为1.1kJ/g和1.5kJ/g。 (5)在上述研究基础上,对脉冲电子束辐照四层介质结构C/Ph-Al-C/Ph-Al靶和24层介质结构MZ靶的热—力学效应进行了数值模拟,初步总结出了脉冲电子束辐照多层介质时能量沉积、喷射冲量和热击波传播的相关规律。