用于柱形材料微喷研究的实验装置及其微喷图像分析方法与流程

本发明涉及柱形样品微喷图像分析领域，特别是涉及一种用于柱形材料微喷研究的实验装置及其微喷图像分析方法。

背景技术：

1、对于受到冲击加载的金属材料，当冲击波从金属自由面或者金属/气体界面卸载时，金属表面会发生破坏或破碎，并产生高速颗粒态物质脱离基体而向外喷射，这一动力学现象称为微喷射。由于其在动高压物理、激光聚变等研究中的重要作用，动态载荷下材料微喷射研究一直是材料动态响应研究的热点问题，研究成果对于深入认识极端条件下材料破坏效应具有重要意义。

2、目前基于柱形样品的微喷研究多基于炸药爆轰加载，其实验难度大、加载状态和加载位置难以调节，其应用并不广泛。

3、炸药爆轰加载存在以下几个问题：

4、1、炸药爆轰加载的稳定输出压强是由炸药本身特性决定的，其一般不超过几十gpa，难以研究宽热力学范围的材料微喷特性；

5、2、炸药爆轰后稳定输出压强和炸药本身特性相关，一般为定值，难以灵活调控；

6、3、爆轰实验中使用炸药尺寸较大，受限于研究材料的几何尺寸，其难以灵活排布。

7、可见，炸药爆轰实验由于炸药本身特性的限制，可能会导致炸药加载不足，且爆炸的压强范围以及压强点难以调整，灵活性差。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于柱形材料微喷研究的实验装置及其微喷图像分析方法，以解决传统加载方式加载灵活性差，实验限制多，导致无法对不同条件下的柱形样品的微喷特性进行研究的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种用于柱形材料微喷研究的实验装置，包括：激光器、成像接收装置以及图像分析仪；

4、所述激光器用于发出纳秒激光，辐照柱形样品，在所述柱形样品中产生汇聚冲击波，形成微喷物质；

5、诊断光线与所述成像接收装置在同一水平面上；

6、所述诊断光线用于在调节所述纳秒激光的辐照参数以及所述柱形样品的相关参数的基础上，通过柱形样品的中心轴对所述柱形样品中的微喷物质进行成像；所述辐照参数包括汇聚冲击波的状态、激光加载参数、激光束数量以及加载位置；所述激光加载参数包括加载激光光斑、加载激光脉宽以及加载激光能量；所述相关参数包括柱形样品的材料、厚度、内半径、外半径、内表面形状以及气混状态；

7、所述成像接收装置用于获取在所述纳秒激光加载下不同条件的柱形样品中微喷物质的微喷图像；

8、所述图像分析仪用于基于所述微喷图像，分析不同条件下的所述柱形样品的微喷特性；所述微喷特性包括喷射物质的速度、面密度分布、颗粒尺寸以及温度分布。

9、可选的，所述内表面形状包括光洁表面以及不同形状的沟槽；所述沟槽包括v型沟槽、u型沟槽以及正弦沟槽。

10、可选的，所述诊断光线为可见光、x光或带电粒子束；所述x光以及所述带电粒子束是通过激光和背光靶相互作用产生的。

11、可选的，所述成像接收装置为ip成像板、x光分幅相机或可见光分幅相机。

12、一种柱形样品微喷图像分析方法，包括：

13、利用所述激光器发出纳秒激光，辐照柱形样品，在所述柱形样品中产生汇聚冲击波，形成微喷物质；

14、在调节所述纳秒激光的辐照参数以及所述柱形样品的相关参数的基础上，利用诊断光线通过柱形样品的中心轴对所述柱形样品中的微喷物质进行成像；所述辐照参数包括汇聚冲击波的状态、激光加载参数、激光束数量以及加载位置；所述相关参数包括柱形样品的材料、厚度、内半径、外半径、内表面形状以及气混状态；

15、利用所述成像接收装置获取在所述纳秒激光加载下不同条件的柱形样品中微喷物质的微喷图像；

16、利用图像分析仪基于所述微喷图像，分析不同条件下的所述柱形样品的微喷特性；所述微喷特性包括喷射物质的速度、面密度分布、颗粒大小以及温度分布。

17、可选的，基于所述微喷图像，分析不同条件下的所述柱形样品的微喷特性，具体包括：

18、令所述柱形样品的内表面光洁或者预制不同形状的扰动，获取关于内表面形状变化的微喷图像；

19、基于所述关于内表面形状变化的微喷图像，分析所述柱形样品在不同内表面状态条件下的微喷特性；所述不同形状包括在柱形样品的内表面刻不同形状的沟槽。

20、可选的，基于所述微喷图像，分析不同条件下的所述柱形样品的微喷特性，具体包括：

21、向所述柱形样品的内部充入气体，所述柱形样品内的喷射物质与气体相互作用，获取相互作用的微喷图像；所述相互作用包括喷射物质运动减速以及喷射物质破碎；

22、根据所述相互作用的微喷图像分析所述柱形样品在气混状态相下的微喷特性。

23、可选的，基于所述微喷图像，分析不同条件下的所述柱形样品的微喷特性，具体包括：

24、将所有激光束均加载在所述柱形样品的同一位置，获取单一喷射形态下的微喷图像，分析单一喷射形态下的微喷特性；

25、将不同激光束同时加载在所述柱形样品的不同位置，不同位置处的喷射物质对碰，获取不同喷射物质对碰状态下的微喷图像，分析不同喷射物质对碰引起的喷射特性。

26、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明实施例利用激光器发出纳秒激光，辐照柱形样品，在柱形样品中产生汇聚冲击波，形成微喷物质，并通过诊断光线在调节纳秒激光的辐照参数以及柱形样品的相关参数的基础上，对微喷物质进行成像，再由成像接收装置接收不同条件下的微喷图像，从而分析不同条件下的所述柱形样品的微喷特性。在本发明实施例中，根据实际情况调整辐照参数，利用了激光加载压强和加载位置可以灵活可调的优势，弥补了炸药加载不足，且爆炸的压强范围以及压强点难以调整，灵活性差的问题。本发明提出的方法灵活性高，不受实验限制，且还能够调整柱形样品的相关参数，从而实现对不同条件下的柱形样品的微喷特性研究。

技术特征：

1.一种用于柱形材料微喷研究的实验装置，其特征在于，包括：激光器、成像接收装置以及图像分析仪；

2.根据权利要求1所述的用于柱形材料微喷研究的实验装置，其特征在于，所述内表面形状包括光洁表面以及不同形状的沟槽；所述沟槽包括v型沟槽、u型沟槽以及正弦沟槽。

3.根据权利要求1所述的用于柱形材料微喷研究的实验装置，其特征在于，所述诊断光线为可见光、x光或带电粒子束；所述x光以及所述带电粒子束是通过激光和背光靶相互作用产生的。

4.根据权利要求1所述的用于柱形材料微喷研究的实验装置，其特征在于，所述成像接收装置为ip成像板、x光分幅相机或可见光分幅相机。

5.一种柱形样品微喷图像分析方法，其特征在于，所述分析方法应用于权利要求1所述的用于柱形材料微喷研究的实验装置，所述分析方法包括：

6.根据权利要求5所述的柱形样品微喷图像分析方法，其特征在于，基于所述微喷图像，分析不同条件下的所述柱形样品的微喷特性，具体包括：

7.根据权利要求5所述的柱形样品微喷图像分析方法，其特征在于，基于所述微喷图像，分析不同条件下的所述柱形样品的微喷特性，具体包括：

8.根据权利要求5所述的柱形样品微喷图像分析方法，其特征在于，基于所述微喷图像，分析不同条件下的所述柱形样品的微喷特性，具体包括：

技术总结
本发明提供了一种用于柱形材料微喷研究的实验装置及其微喷图像分析方法，涉及柱形样品微喷图像分析领域，该装置包括：激光器发出的纳秒激光辐照柱形样品，在柱形样品中产生汇聚冲击波，形成微喷物质；诊断光线与成像接收装置在同一水平面上；诊断光线在调节纳秒激光的辐照参数以及柱形样品的相关参数的基础上，通过柱形样品的中心轴对柱形样品中的微喷物质进行成像；成像接收装置获取在纳秒激光加载下不同条件的柱形样品中微喷物质的微喷图像；图像分析仪基于所述微喷图像，分析不同条件下的柱形样品的微喷特性。本发明具有灵活性高的特点，且能够对不同条件下的柱形样品的微喷特性进行研究。

技术研发人员：席涛,辛建婷,何卫华,朱斌,税敏,储根柏,赵永强,田超
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院激光聚变研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4