激光辐照靶材的温升模拟及变形的云纹干涉测试.pdf

第9卷第3期强激光与粒子束Vol.9,No.3
1997年8月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSAug.,1997

激光辐照靶材的温升模拟及变形
的云纹干涉测试X

张光军张方举陈裕泽

(中国工程物理研究院结构力学研究所,成都521信箱69分箱,610003)
王国韬谢惠民戴福隆

(清华大学工程力学系,北京100084)

摘要采用0.15～2.5kA的大电流输出装置,对LY12铝板试件加热,可获得约27～
7430℃ös的理论温升率;用高速相机连续实时记录高温动态云纹干涉条纹,获得了1000幅ös
的拍摄频率,将这两种技术结合,模拟连续波激光辐照金属靶材产生的温升效应,并对变形过
程进行测试,为激光结构破坏机理基础性研究提供了新方法,表明云纹干涉法用于高温动态变
形测试完全可行。
关键词温升效应模拟动态云纹干涉
ABSTRACTAbigelectric2currentapparatuswhichcanoutputcurrentof0.15～0.25kA
isdiscussed,aLY12aluminiumplateisheatedbybigelectric2current,aheatingratefrom27
to7430℃öscanbeobtained,thereal2timerecordingtechniqueofdynamicmoireinterferome2
tryfringesunderhighheatingratebyahighspeedcameraisstudied,arecordingfrequencyof
1000frameinasecondisobtained.ThetemperaturerisingeffectofstructureirradiatedbyCW
highpowerlaserissimulatedusingbothtechnology.Itprovidesanewwaytoresearchsome
fundamentalproblemsofstructuralmechanismoffracture.Theexperimentalresultindicates
thatitispossibleformoireinterferometrytomeasuredynamicdeformationunderhightem2
peraturecondition.
KEYWORDSsimulationoftemperatureeffect,dynamicmoireinterferometry

激光辐照在受载金属结构上,由于辐射能量的沉积,引起结构辐射区快速升温,使受辐射
区域内材料力学性能发生显著变化,材料性能的变化可导致结构的失效,因此,研究高温或高
温升率下材料的力学性能,是研究结构破坏机理的基础和前提[1]。但是,激光辐照加热实验的
重复性差、耗资较大,因此,发展既能模拟激光辐照引起的温升和温升率效应、实验状态又可精
确控制的快速加热技术已受到广泛关注。采用17.5kVA交流电焊机变压器的副边输出75～
240A的电流,对有效尺寸为9mm×6mm×0.2mm的LY12试件进行加热,获得了35～
1400℃ös的温升率[2]。但是,这种方法输出的电流变化范围小,只有小截面积的试件才能获得
较高的温升率,若增加电流通过的试件截面积,温升率会大大降低。
由于预载结构在高温升率下的变形过程比较复杂,要求相应的测试技术既能适应动态高
温环境,又有较高测试精度。云纹干涉法是80年代初由D.Post等人将近代光栅技术引入云纹

X国家自然科学基金、中物院科学基金和国家863激光技术领域资助项目
1996年12月19日收到原稿,1997年7月7日收到修改稿
张光军,男,1968年3月出生,工程师

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第3期张光军等:激光辐照靶材的温升模拟及变形的云纹干涉测试764

法后发展起来的一种全新的光测力学方法,具有高精度、全场分析、实时观测、高反差条纹以及
直接获取面内位移场和应变场等优点。目前,常温静态测试方法已得到广泛应用[3]。进入90年
代,随着新型材料高温力学性能的研究及航空、航天、动力工业等部门对高温结构元件变形实
测工作的需要,将云纹干涉法应用于高温环境,已成为国内外实验力学界的前沿课题和研究热
点之一。1992年,出现了双镀层光刻法高温全息光栅,并已用于900℃结构静态变形测试[4],但
由高温试件栅工艺特殊,而高温动态云纹干涉条纹的实时记录未得到很好解决,使云纹干涉法
还未在高温动态测试方面得到实用[5]。

1实验系统构成
1.1实验系统构