《強雷射誘導脆性材料衝擊塑性變形與強化機制研究》是依託中國科學院力學研究所，由黃晨光擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：強雷射誘導脆性材料衝擊塑性變形與強化機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃晨光
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
強雷射能否在合適條件下誘導脆性材料發生衝擊塑性變形，實現增強和延壽？這是一個嶄新的課題。本項目針對脆性的矽晶體材料開展雷射衝擊強化（LSP）研究，通過改進的LSP試驗研究和改進的SHPB試驗研究，以及多物理耦合數值模擬研究，獲得矽晶體材料在高溫、高壓、高應變率下的本構方程及脆韌轉變的參數範圍；獲得雷射誘導衝擊波在靶材中傳播與卸載時，材料的動態塑性行為與殘餘應力形成機制；結合量綱分析方法，獲取影響靶材衝擊硬化效果的主控參量；並探索利用FEM和位錯動力學耦合的方式，獲得脆性材料位錯的演化及其與衝擊波的相互作用。研究成果不僅可以為雷射與物質相互作用這一力學學科前沿課題增添新的內涵，還有可能為脆性材料的增強和延壽提供新的方法。
結題摘要
本項目研究了強雷射衝擊下脆性材料的塑形變形與強化機制。主要研究內容包括三個方面：其一是研究短脈衝強雷射誘導的衝擊波演化與傳播規律，建立了描述短脈衝強雷射誘導的衝擊波壓力演化規律的耦合模型和計算方法，同時採用PDV測量系統獲得了介質內衝擊波的傳播和衰減規律，並給出了衝擊波衰減的經驗計算公式，為強雷射誘導脆性材料變形機理的分析提供了基本的依據；其二是實驗中獲得了典型脆性材料（單晶矽和非晶）在強雷射衝擊條件下的變形特徵，得到了溫度和壓力對單晶矽材料變形機制的影響，發現非晶材料在強雷射衝擊下展現的一種新的變形模式，並通過單晶塑性有限元模擬獲得了FCC單晶材料巨觀塑性變形與滑移系運動的規律；最後結合強雷射與物質相互作用的物理機理，採用量綱分析和數值模擬相結合的方法得到了衝擊壓力特徵及最終強化效果的幾何相似律和相似參數，並給出幾何相似參數對強化效果的影響規律，為雷射衝擊強化效果的評估和工藝參數的最佳化設計提供了一種有效的分析方法。上述三個方面的研究內容對強雷射衝擊下脆性材料的塑形變形與強化機理開展系統深入的研究。研究成果為強雷射與物質相互作用這一力學前沿課題增添了新的內涵，同時為強雷射對脆性材料的增強和延壽方法提供了基礎支撐。
