材料在脉冲X射线辐照下热—力学效应的有限元模拟

【摘要】：脉冲X射线辐照材料时,X射线光子与材料中的原子及其电子发生复杂的相互作用,最终X射线的能量转化为材料的内能。这一过程首先引起的是受辐照面的汽化及熔化烧蚀。进一步,烧蚀部分向外自由膨胀并向剩余材料内产生一反冲压缩作用,同时受辐照表层区域发生热膨胀,材料在反冲压缩、热膨胀和惯性约束的共同作用下产生热击波。当热击波传播到自由面发生反射后产生反向拉伸波,若强度足够高,就会导致材料的损伤和断裂破坏。本文对材料在脉冲X射线辐照下的熔化烧蚀、热软化效应以及物态方程模型等问题开展了研究,在此基础上对已有Tshock2D有限元程序进行了二次开发,对铝及碳酚醛材料在X射线辐照下的热—力学效应进行了二维数值分析。研究表明:(1)如果X射线能谱较硬,迎光面附近的熔化较显著。(2)在材料本构中考虑热软化效应后,材料中的热击波压力将下降,且硬谱的影响大,软谱的影响小。(3)采用Grover液态金属模型对熔化相变进行了细致描述。研究表明,考虑熔化相变后,热击波压力下降明显,硬谱的变化比软谱的变化大。(4)基于Murnaghan方程,建立了各向异性材料的本构模型。(5)分别采用最大拉应力准则和损伤累积准则对力学损伤效应进行了模拟,结果表明,损伤累计准则与有关实验结果更加吻合。(6)对于冲量耦合系数,软谱的耦合系数比硬谱大,但随入射能通量的增加而减小;硬谱的冲量耦合系数小,但随入射能通量的增加而增加。
【关键词】：脉冲X射线 热烧蚀 热击波 物态方程 本构模型 损伤累积
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TJ760;E93910