材料在脉冲X射线辐照下热—力学效应的有限元模拟

发布时间：2023-02-05 17:35

　　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...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第二章X射线辐照作用机理及热—力学效应简介
    2.1 核爆炸X射线
        2.1.1 X射线能谱
        2.1.2 X射线时间谱
    2.2 物质对X射线的吸收与能量沉积
        2.2.1 光电效应
        2.2.2 Compton散射效应
        2.2.3 总吸收系数与多原子材料的吸收系数
        2.2.4 能量沉积
    2.3 X射线在固体中引起的热—力学效应
    2.4 小结
第三章 Tshock2D程序及其二次开发简介
    3.1 守恒方程组及定解条件
    3.2 等参单元及其坐标变换
    3.3 沙漏及沙漏模式修正
    3.4 材料模型
    3.5 数值模拟的计算流程
    3.6 典型热击波传播图像
    3.7 小结
第四章 物质在X射线辐照下的热学效应
    4.1 熔化描述
    4.2 烧蚀计算结果
    4.3 冲量耦合效应
    4.4 本章小结
第五章 射线辐照材料的力学效应
    5.1 热软化效应对热击波的影响
    5.2 熔化效应对热击波的影响
    5.3 基于Murnaghan方程的各向异性本构模型
        5.3.1 理论模型
        5.3.2 修正Murnaghan方程的验证
        5.3.3 基于Murnaghan方程的各向异性本构模型在X射线热击波模拟中的应用
    5.4 材料的力学损伤与材料断裂
    5.5 本章小结
第六章 结束语
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
附录A 沙漏黏性计算程序



本文编号：3735396