复合材料靶体激光毁伤效应数值模拟研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文复合材料靶体激光毁伤效应数值模拟研究硕士研究生：郭巍龙指导教师：邢晓冬副教授学科、专业：机械工程论文主审人：王立权教授哈尔滨工程大学2017年12月`分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文复合材料靶体激光毁伤效应数值模拟研究硕士研究生：郭巍龙指导教师：邢晓冬副教授学位级别：工学硕士学科、专业：机械工程所在单位：机电工程学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfort

2、heDegreeofM.EngNumericalsimulationoflaserdamageeffectoncompositetargetsCandidate:GuoWeiLongSupervisor:A/Prof.XingXiaoDongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicalEngineeringDateofSubmission:Dec.2017DateofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEn

3、gineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于

4、哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日复合材料靶体激光毁伤效应数值模拟研究摘要目

5、前，激光武器靶体的主要部件结构形式均为圆柱壳体。飞行过程中助推段承受的载荷情况复杂，主要包括飞行惯性过载、发动机内部工作压强以及发动机内部燃料燃烧时的高温载荷，所以激光对于助推段靶体的毁伤是复杂的多物理场耦合效应。由于靶体的工作环境恶劣，所以对于材料的要求较为苛刻。碳纤维环氧树脂材料，其比强度、比模量综合指标是现有的结构材料中最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、高化学稳定性的场合，碳纤维复合材料都颇具优势，某些靶体已将其作为主要部件材料。据此我们将激光辐照导致复合材料靶体的毁伤分为热力耦合毁伤和烧蚀毁伤

6、，并针对两种破坏模式进行研究。考虑温度对于本构关系的影响，对于复合材料圆柱壳在受到轴向压力载荷时的线性屈曲失效分析，通过理论推导得到了复合材料层合壳承受轴向压力屈曲失稳时的临界屈曲载荷解析解表达式。激光辐照靶体的热力耦合毁伤效应研究。首先，通过理论计算得到复合材料圆柱壳轴压屈曲载荷；然后，用ABAQUS进行数值模拟复合材料圆柱壳特征值屈曲，并提取其一阶模态做本征模映射作为圆柱壳的初始缺陷，进行准静态非线性屈曲分析；其次，考虑初始缺陷和径向扰动作用条件下进行非线性屈曲分析；最后，用ABAQUS软件模拟圆柱壳的热力耦合效应，分析了激光辐照

7、对于复合材料圆柱壳临界屈曲载荷的影响以及激光辐照条件下相关参数对于临界屈曲载荷和屈曲模态的影响规律。激光辐照靶体烧蚀毁伤效应的研究。激光对于复合材料的破坏效应非常复杂，本文只考虑了热分解和氧化反应。采用ALE自适应网格方法，通ABAQUS的二次开发编写了控制烧蚀变化的UMESHMOTION子程序，模拟了碳纤维复合材料圆柱壳三维烧蚀过程并且得到了相关参数对于临界屈曲载荷的影响规律。通过热传导方程和热弹性静力学方程，对仿真模型尺度率进行讨论研究，得出复合材料圆柱壳在承受多项载荷耦合以及各个载荷单独作用时均适用的相似准则，并对相似准则进行了

8、考核与误差分析。关键词：复合材料；激光毁伤；热-力耦合；相似准则；激光烧蚀Ⅰ哈尔滨工程大学硕士学位论文II复合材料靶体激光毁伤效应数值模拟研究AbstractAtpresent,themaincomponentsofth