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高功率脉冲激光冲击力学效应 的理论研究 强希文’张建泉 ‘刘 峰’李邦固’朱润合 (r}k0s技-Mn9, fI+}7100241 (I-}Jtfkjtg}%4I一。n710025) 提 要 本文利月}一维理想弹塑幸断疏体力学模T.通过数值 价么，研究了高功率脉冲强 激光福照I-11体靶材叫，表}}i烧蚀压在固体k材中产生的激谈的形成、稳定和衰减过程 并分别利用累计损伤判据和动态断裂准则，;于算厂铝把 {‘了产生的层裂损伤 所得结果与 国外有关数值模拟及实汉U结果较为 一致 关键词 高功率脉冲激介 ‘，冲击力学效应 尽)fv+!{,i 引言 当高功率脉冲激光与W体靶材相互作用对.靶材因Ia收激光能W而被加热熔化、 汽化以致形成热的等离子体。1等离子体猛烈阿外喷创，从而施于靶面一个冲击加 载，形成向靶内传播的压缩波 当激光功率密度足够高时 等离子体的反冲作用是激 波形成的t要机制、在激光与靶材相13.作用的后期 表面烧蚀压降低 因而向靶内传 播一系列稀疏卸载波，当它赶上前而的激波时与其叠加 从而使激波波阵面压力降 低，其剖面大致呈三角形。该激波遇到靶树 「由面时发生反射，形成扮伸波，一旦拉 应力达到一定值时，便会引起材料的层裂破坏 我们利用一维理想弹x性流体力学摸型，通过数值寿法，研究了高功率脉冲强 激光辐照固体靶材时，表面烧蚀压在固体靶材巾产生的激波的形成、稳定和衰减过 程。并分别利用累计损伤判据和动态断裂准则，计算1铝把中产生的层裂损伤。所得 结果与国外有关数值模拟及实测结果较为 致 2 激光产生的烧蚀压力 高功率脉冲激光辐照固体靶材时，靶材:11-i-吸收激光的能量而在表面形成一个含 温的等离子体层。该等离子体li迅速向外喷射，y;施与靶面一个烧蚀压力，它作为 一个压力加载，向靶内传播 一系列激波。 烧蚀压力的大小与入射激光的强度、波长、Ibk宽以及靶面的等离子体性质有关 在单流体双温度和等温膨胀的汽化等离f体的,IX定 卜万d,已经推导出如F烧蚀压力 的定标关系t’: P，、0.43W`br’一;/刃,T，尸(7+/);F (Pal (}) 其qI.kf为原子量:2为等r}s子体 卜均电乌能;./二。s一I为等A1子体中弛豫过程决 定的离子温度与电子温度乙比:l、元、万分别为激光强度Nm/c]( ,波长}ca;和脉 冲宽度tsl 平均电离度2满足关系: U,,二238A11`,=c-Zr(Z+_f)-ln[4?x10T-fi-z;.`Z.11}(7,+f)-s1(r}I(2) 这里U(2+1/2)为114子的了2司 2)5:Lk离能 3 激波的形成、稳定和衰减过程 4i足入射到吧向的激光左f-尺 J·远大丁$.E倒 以烧蚀压力为阴始条件.则可 采用一维+t想弹塑性流休力学f}Ill4-M还激波的形成 Fps足和夜减过程 y拉格朗日坐 标系下，一维弹塑件流体勺学方程组为: Jt __ 艺 77 (} 俞 l (4) 口 (S(十())0 尸f、净 爪 汗 一 口 (J，U}口 (压) 欣 厂 1 I