強激光驅動的爆炸與沖擊效應實驗技術與研究獲進展

　　 爆炸與沖擊研究能量的突然釋放和急劇轉化過程，以及由此產生的強沖擊波、高速流動、變形、損傷和破壞效應。傳統的爆炸試驗主要在爆炸洞、野外的爆炸試驗場等進行，而沖擊試驗中彈體的速度主要源于壓縮氣體或者火藥驅動。強激光驅動的爆炸與沖擊效應（Laser-Driven Explosion & Shock, LDES）是利用強激光與物質相互作用，誘導材料表面產生高溫高壓等離子體并快速膨脹，形成短脈沖高幅值沖擊波并向材料內部傳播，通過試驗環境及參數的設置，實現爆炸或沖擊的力學效應。

　　在中國科學院裝備研制項目和國家自然科學基金的支持下，中科院力學研究所流固耦合效應重點實驗室沖擊與耦合效應課題組建立了多物理場同步測量的短脈沖強激光驅動的爆炸與沖擊實驗平臺，研制了亞納秒量級響應時間的光子多普勒質點速度測量系統（Photonic Doppler Velocity, PDV），針對不同的速度幅值和頻響特征，分別發展了基于短時傅里葉變換和連續小波變換的軟件處理方法，能夠對低速且快速變化的質點速度進行測量（Rev. Sci. Instrum., 83: 073301, 2012）；分析了靶體表面狀態對PDV測量精度的影響并提出了合理改進方法（Meas. Sci. Technol., 25:055207, 2014）；將PDV測速技術與PVDF測壓技術相結合，發展了比傳統的霍普金森壓桿更為緊湊的材料動態力學性能測量裝置。（Int. J. Impact Eng., 69:149-156, 2014）。

　　課題組對多種材料的激光沖擊強化作用過程和物理機制開展了研究。提出了描述等離子體壓力特征的一維耦合分析模型，并發展了等離子體壓力的迭代求解方法（Int. J. Impact Eng., 38(5):322-329, 2011）。采用PDV捕捉到了沖擊強化過程中金屬材料內部的應力波傳播和衰減規律，包括彈性前驅波、塑性加載波、彈性卸載波、塑性卸載波、層裂引起的質點速度擾動等特征（J. Appl. Phys., 110(5):053112, 2011）。得到了沖擊強化效果的幾何相似律，為相關工藝參數優化設計提供了一種可行的分析方法（J. Appl. Phys., 114(4):043105, 2013）。獲得了NiTi形狀記憶合金在不同應變率、壓力條件下的相變與非晶化機制（Mat. Sci. Eng. A-Struct., 578:1-5, 2013）。發現了Zr基非晶經過激光沖擊處理后表面出現魚鱗狀的變形形貌（Chinese Phys. Lett., 30(3):036201, 2013）。

　　近日，中科院條件保障與財務局組織專家對力學所承擔的院科研裝備研制項目“基于短脈沖強激光的爆炸與沖擊實驗平臺”進行了技術測試和現場驗收。驗收專家組認為該項目完成了任務書規定的各項任務并實現了研制目標，技術指標和功能達到或優于任務書要求，部分性能指標處于國際前列，一致同意通過驗收。

PDV對激光沖擊過程中靶體背表面質點速度測量

不同體系材料激光沖擊處理后的變形特征