横向加载的圆柱壳在激光辐照下的屈曲研究

【摘要】：研究预载结构在连续波激光作用下的响应有重要的学术价值和应用价值。大多数材料的力学性能强烈地依赖于温度,高温时的力学特征量通常明显低于常温时的值。因此激光辐照使材料温度升高而发生热软化,可有效地降低结构的强度。一定条件下,在预加力学载荷和激光的共同作用下,结构可能因失稳而破坏。本文采用实验研究和有限元数值模拟研究相结合的方法,对铝合金圆柱壳在横向力学载荷单独作用下以及在激光辐照与力学载荷共同作用下的屈曲响应开展了研究。主要工作和结论包括: (1)设计实验,对铝合金圆柱壳在横向力学载荷作用下的屈曲响应开展研究,测量了壳体屈曲的临界载荷,记录了屈曲形态。在认真分析实验结果的基础上,建立了物理模型,利用有限元程序ANSYS对该问题进行了数值模拟。数值模拟结果与实验结果基本相符,表明所建物理模型是适用的,也表明ANSYS程序对此类问题的模拟结果是可信的。 (2)利用ANSYS程序,对在激光辐照与横向力学载荷共同作用下的圆柱壳体的屈曲响应进行了数值模拟。将壳体吸收的激光功率等效为作用于光斑区域内的表面热流。得到了壳体屈曲的临界载荷与激光功率密度及光斑辐照区最高温升之间的关系曲线,发现临界载荷随激光功率密度或光斑内最高温升的增大而减小,变化趋势接近二次函数。考察了给定激光总能量的条件下光斑尺寸对临界载荷大小的影响,认为在给定激光总能量的条件下,可以选择某一尺寸的光斑,使得壳体屈曲的临界载荷最小。