激光冲击波诱导膜基系统动静态响应特性研究

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膜基界面结合强度与薄膜质量优劣密切相关,较优的界面结合强度是保证薄膜使用的前提。基于激光冲击波效应的激光离散划痕检测技术是一种检测界面结合强度的新方法。该技术下不同能量激光瞬态加载膜基系统的动静态响应特性与膜基界面结合强度之间的关系是亟需解决的核心问题。为此,本文利用聚偏氟乙烯(PVDF)贴片传感器以及X射线衍射仪(XRD)两种检测技术,对激光加载过程中膜基系统的动静态响应特性进行了研究。综合分析了不同能量激光诱导的冲击波在不同界面结合强度膜基系统中的传播规律以及膜基系统动静态响应特性与界面结合强度之间的相互关系。  首先,对PVDF传感器的动态检测效果进行了验证并优化了黑胶带吸收层厚度参数。在AZ31B镁合金基体背面激光冲击区域边界粘贴PVDF传感器,通过对比发现弹塑性双波传播到靶材背面的时间与理论传播时间相符。结果表明:PVDF传感器动态检测效果好。同时对黑胶带吸收层的厚度参数进行了优化,当激光能量为1000mJ时,对比分析了不同厚度吸收层下材料表面形貌以及冲击波压力。结果表明:当黑胶带吸收层厚度为200um时综合优势明显。  其次,对膜基系统动态响应特性开展研究。采用水膜、502胶、双面胶为粘结剂粘结316不锈钢箔与AZ31B镁合金基体构建三种膜基系统理论模型,将PVDF传感器粘贴在基体背面激光冲击中心,分析激光能量以及膜基界面结合强度对动态压电信号,动态压力信号、动态应变信号的影响。结果表明:脉冲激光能量越强,检测到的压电、压力、应变信号越强,到达稳定状态的时间越长,从检测到信号到最终系统稳定是在微秒量级时间内完成的;相同激光能量作用下,水膜为粘结剂模型下PVDF检测得到的压电、压力波峰值最大,同时压电波形曲线更为光滑,系统达到平衡状态时用时最长,系统静止后拉应变的变化量最大。  最后,对膜基系统激光冲击前后的残余应力变化开展研究并建立了激光冲击波在膜基系统中的传播模型。利用X射线衍射仪对膜基界面进行应力测量,分析了不同能量激光辐照下三种膜基系统残余应力分布状态变化规律。结果表明:不同能量激光辐照下,薄膜背面以及基体表面激光冲击中心处三方向残余压应力值以及残余主应力值普遍变大,激光能量越大,残余应力变化量越大,方向角几乎不变。相同激光能量辐照下,双面胶作为粘结剂时薄膜背面残余压应力变化量最大,水膜作为粘结剂时薄膜背面残余压应力变化量最小,基体表面情况则正好相反。残余应力变化规律与PVDF动态检测规律相符,在此基础上建立了激光诱导的冲击波在膜基系统中的传播模型。
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