有效能量

炸藥的爆轟產物包括固態產物和氣態產物，炸藥的能量中推動管壁作功的能量主要來源於氣態爆轟產物的能量並將氣態爆轟產物具有的能量稱為“有效能量”。

基本介紹

• 中文名：有效能量
• 外文名：available energy
• 解釋：氣態爆轟產物具有的能量
• 文獻來源：熱力學層次有序
• 學科：物理

概念

熱力學層次有序、無序的變化服從於熵增原理或與其等效的自由能減少原理(自由能是熱力學層次的有序能量，對於熱能來說，它是其中可用來作功、可以轉化為機械能的那部分能量，又可稱為有效能量)。把化學反應區爆炸反應釋出的實際用於維持爆轟波的能量稱為有效能量。有效能量是指達到工藝要求時理論上必須消耗的能量，因此理論上的爐渣物理熱量應為有效能量公式中分子部分應加上爐渣部分。

考慮三軸約束時孔洞的有效能量準則

韌性材料的破壞是孔洞繞夾雜或第二相粒子形核 、 擴張和聚合的結果。聚合是材料破壞的最後階段，它直接 與材料中微裂紋的形成相聯繫，研究孔洞聚合機理對揭示材料破壞的過程和本質有重要意義。

孔洞的聚合一般認為有兩種機理，即孔洞直接接觸機理和孔洞片機理，前者指長孔洞間的韌帶簡單地頸縮到一點，後者指通過孔洞間韌帶上形成大量的次級孔洞實現主孔洞的連線。對於孔洞聚合臨界條件的理論研究也取得了一定的進展，L. M. Brown等人提出孔洞縱向高度等於其橫向中心間距時，孔洞發生聚合；A. Nedleman和V.Tvegrardr認為孔洞聚合的臨界條件是孔洞體積分數，W.Brocks等人認為當初始孔洞體積分數較小時，臨界孔洞體積分數不敏感於應力三維度，這與Y.W.Shi 和P.F.Thomson的實驗結果相矛盾；P.F.Thomason基於塑性穩定性分析提出了孔洞聚合的塑性極限臨界載荷條件，反映了孔洞間韌頻寬度和孔洞縱橫比對孔洞聚合的影響，Z.L.Zhang和E.Niemi發現P.F.Thomason的模型對孔洞聚合臨界體積分數和塑性應變的預測過高，並通過假定孔洞為“理想球形擴張”修正了該模型，但這反而又忽視了孔洞演化的細觀過程；鄭長卿和張克實基於孔洞長大的R一T模型和Gurson模型分別提出了表征孔洞聚合的臨界孔洞擴張比判據和組合功模型，並已套用於光滑試樣和切口試樣的破壞分析，對裂紋試樣破壞的預測還有待進一步研究；最近， Z.L.Zhang和0.P.Sovik等人的研究表明：從光滑試樣得到的材料破壞參數預測裂紋試樣的破壞遇到了困難，這一現象還一直困擾著人們。由此可見，人們對孔洞聚合這一與材料破壞直接相關的重要階段的認識遠未達成一致，尤其是對於不同三軸應力場中孔洞的聚合，尚無公認的統 一的臨界判據，這種狀況直接影響著細觀力學的理論發展和工程套用。從孔洞橫向聚合的物理過程入手，是全面、深刻揭示材料破壞本質的有效途徑。基於這種認識，通過對不同形狀孔洞的長大、聚合過程進行詳盡的有限元分析，區分了三軸應力場中導致孔洞聚合的不同內在機制，並提出了基於有效能量概念的孔洞聚合準則。

通過體胞分析方法，對不同形狀孔洞在從光滑試樣到裂紋試樣的三軸應力場中的聚合機理進行了較精確的有限元分析。計算結果表明：

（1）孔洞的相互靠近和橫向擴展是導致相鄰孔洞發生內頸縮聚合的兩種基本機制，在應力三維度等於1.25附近 , 這兩種機制發生較明顯的變化；

（2）單純以孔洞體積分數概念為基礎的材料破壞參數一般敏感於應力三維度，不能很好地預報不同三軸應力場中材料的破壞。在此基礎上，提出了描述孔洞聚合的有效能量，建立了一個新的具有明確物理意義，不敏感於應力三維度的孔洞聚合判據。與現有準則比較，該準則能反映材料破壞對形狀改變和體積改變的綜合抗力，並能更好地刻畫不同三軸應力場中孔洞的橫向聚合。

雷射感應複合熔覆中熔覆層有效能量分析

由於雷射加工自身的特點，存在一些如加工中易產生裂紋、生產率偏低及生產成本相對較高等問題，而且僅從雷射熔覆加工考慮，不可能得到根本的解決，這就制約了雷射熔覆技術的進一步發展，使其未能獲得大規模的套用。另一方面，感應熔覆可以快速獲得大面積的熔覆層，且生產成本低，但不足之處是熔覆層的緻密性差。因此，為了獲得高效優質的熔覆層，提出了一種新型的雷射感應複合熔覆技術，該技術將高頻感應加熱與雷射熔覆的各自優勢結合起來，實現了感應能量和雷射能量的實時複合，彌補了各自工藝技術的不足。該技術本質上是複合了感應和雷射兩種熱源，因此分析兩種熱源作用至關重要。在同步送粉雷射感應複合熔覆單道試驗的基礎上，筆者提出了感應能量密度和熔覆材料的單位質量雷射比能兩個重要能量參數，並分析了熔覆層的有效能量作用，為雷射感應複合熔覆加工的質量評價、工藝控制和性能分析提供了基礎。

臨界熔覆狀態表面形貌

熔覆層有效能量的描述

為簡化分析模型，提出以下物理假設：①由於熔覆表面連續光滑，假設熔覆層的輪廓線為圓弧；②粉末熔覆材料的密度在加工前後不發生變化。送粉式雷射熔覆的顯著特徵是熔覆粉末材料和基體材料被同時加熱，在熔覆加工過程中，雷射束照射到粉末雲上，一部分被熔覆粉末材料吸收，一部分透過粉末雲照射到基體上，一部分為加工過程中的損失。為了描述熔覆層吸收雷射能量引入粉末雲吸光率α，即單位時間內粉末雲吸收的雷射能量占雷射總能量的比率。

在得出熔覆層粉末沉積質量的基礎上，以感應能量密度和熔覆材料的單位質量雷射比能兩個重要能量參數，定量描述了送粉雷射感應複合熔覆過程中熔覆層的能量作用。熔覆材料的單位質量雷射比能是指單位時間內熔覆層吸收雷射能量與熔覆層質量之比。

結果及討論

（1）在雷射參數、送粉率和感應功率一定時，單位時間內熔覆層質量隨感應加熱時間的增加而明顯增加；當感應能量密度達到一定值時，單位時間內熔覆層的質量M無明顯變化。

（2）在雷射參數和送粉率一定的條件下，熔覆材料的單位質量雷射比能隨感應能量密度的增加而減小，其減小的程度隨感應能量密度的增加而減弱；當感應能量密度達到一定值時，熔覆材料的單位質量雷射比能基本保持穩定。

（3）在雷射參數和感應能量密度一定時，熔覆材料的單位質量雷射比能隨送粉率增加而增加，感應能量密度越大，熔覆材料的單位質量雷射比能的增加程度越小。由於粉末雲對雷射束的禁止作用，送粉率的增加有一定限度。