[发明专利]一种测定高斯纳秒脉冲激光诱导冲击波峰值压力的方法

权利要求书

1.一种测定高斯纳秒脉冲激光诱导冲击波峰值压力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：激光穿过约束层辐照金属表面的吸收保护层，吸收保护层吸收激光能量在短时间内气化膨胀，生成高温高压等离子体，采用激光多普勒粒子测速仪测试不同平均功率密度I_i下纳秒脉冲激光诱导冲击波作用在不用厚度D_i下材料背表面的自由粒子速度，得到材料背表面自由粒子速度随时间的变化规律；

S2：根据步骤S1中材料背表面自由粒子速度随时间的变化规律，使用高压下粒子速度与压力的关系计算激光诱导等离子体冲击波的峰值压力，作为峰值压力的初始值；

S3：建立该材料在冲击波作用下的有限元模型，其材料的动态本构模型考虑材料的高应变率效应，边界条件与实验相同，冲击载荷为步骤S2中计算的初始峰值压力，获得材料背表面与步骤S1中实验测试相同部位的粒子速度；

S4：以步骤S1中自由面粒子速度的实验结果为优化目标，步骤S3中冲击波边界条件的峰值压力为优化变量，步骤S2中的峰值压力为初值，对峰值压力进行迭代优化，使有限元模型计算得到的粒子速度与实验结果相同，此时的冲击波峰值压力P就是纳秒脉冲激光诱导产生的冲击波峰值压力；

S5：根据步骤S1、S3和S4获得不同材料厚度，不同激光功率密度下纳秒脉冲激光诱导冲击波的峰值压力，拟合峰值压力与平均激光功率密度的关系，建立激光诱导等离子体冲击波的峰值压力模型，进而实现预测不同参数条件下纳秒脉冲激光诱导等离子体冲击波的峰值压力。

2.根据权利要求1所述的一种测定高斯纳秒脉冲激光诱导冲击波峰值压力的方法，其特征在于，高斯纳秒脉冲激光为激光随时间和空间均为高斯分布。

3.根据权利要求1所述的一种测定高斯纳秒脉冲激光诱导冲击波峰值压力的方法，其特征在于，平均激光功率密度I_i的选择值均包含于区间[1.88GW/cm²,4.71GW/cm²]。

4.根据权利要求1所述的一种测定高斯纳秒脉冲激光诱导冲击波峰值压力的方法，其特征在于，吸收保护层为黑胶带或铝箔，约束层为等离子水。

5.根据权利要求1所述的一种测定高斯纳秒脉冲激光诱导冲击波峰值压力的方法，其特征在于，材料的平面尺寸为35×35mm，材料厚度的选择值D_i均包含于区间[0.5mm,1mm]。

6.根据权利要求5所述的一种测定高斯纳秒脉冲激光诱导冲击波峰值压力的方法，其特征在于，材料厚度的选择值D_i均包括0.5mm和1mm。

7.根据权利要求1所述的一种测定高斯纳秒脉冲激光诱导冲击波峰值压力的方法，其特征在于，根据金属材料物理和力学性能参数建立有限元模型。

8.根据权利要求1所述的一种测定高斯纳秒脉冲激光诱导冲击波峰值压力的方法，其特征在于，不同激光功率密度诱导等离子体冲击波峰值压力，通过有限元软件外接子程序进行定义和加载。

9.根据权利要求1所述的一种测定高斯纳秒脉冲激光诱导冲击波峰值压力的方法，其特征在于，实验和仿真相同部位的粒子速度，这个区域的范围为直径200μm圆形区域。

10.根据权利要求1所述的一种测定高斯纳秒脉冲激光诱导冲击波峰值压力的方法，其特征在于，峰值压力模型表达式为：P＝a×I^b，P为高斯激光诱导冲击波的峰值压力，I为平均激光功率密度，a和b为需要拟合的系数。