[发明专利]一种环形激光冲击动态拉伸试验方法与装置

权利要求书

1.一种环形激光冲击拉伸试验方法，其特征在于，采用高功率环形脉冲激光环绕试件，试件位于环形脉冲激光中空位置，环形脉冲激光冲击靶材，使安装在支架和靶材间的试件获得瞬间拉力。

2.根据权利要求1所述的环形激光冲击拉伸试验方法，其特征在于，具体步骤为：

（A）根据试验要求制作试件（32）；

（B）靶材（37）的激光照射面依次贴上吸收层（35）和光学玻璃片（34）；

（C）将试件（32）两端分别固定在轮辐式支架（30）和靶材（37）上，定距支撑（31）安装于轮辐式支架（30）与靶材（37）之间，应力传感器安装于轮辐式支架（30）上，光学引伸仪（51）安装在试件侧旁，辅助位移传感器安装于靶材（37）下方；

（D）调节高功率脉冲激光器（49）参数，使参数满足试验要求；

（E）通过光斑调节装置（50）调节输出环形脉冲激光（33）的环形光斑内径和环形光斑外径，使环形脉冲激光（33）穿过轮辐式支架（30），使夹具A（29）和试件（32）位于在环形脉冲激光（33）中空位置，环形脉冲激光（33）到达靶材（37）冲击区域（370）被吸收层（35）吸收产生等离子体，等离子体爆炸产生的冲击波冲击靶材（37），使安装在靶材（37）和轮辐式支架（30）间的试件（32）获得瞬间拉力，试件（32）在高应变速率下产生拉伸变形并拉断；

（F）计算机（47）记录和处理测得在冲击载荷作用下试件（32）的应力和应变数据；

（G）根据计算结果绘制激光冲击高应变率条件下试件（32）的动态应力应变关系曲线。

3.根据权利要求1所述的环形激光冲击拉伸试验方法，其特征在于，所述高功率脉冲激光器（49）发出的激光脉宽为1ns～100ns，能量在0J～100J；光斑调节装置（50）调节的环形光斑内径为1mm～40mm，外径为1mm～60mm。

4.根据权利要求1所述的环形激光冲击拉伸试验方法，其特征在于，所述靶材（37）体系，靶材（37）的激光照射面涂有吸收层（35），并将光学玻璃片（34）置于吸收层（35）上作为约束层；靶材（37）和光学玻璃片（34）的中心区域都开有试件安装孔（371）。

5.一种实施权利要求1所述的环形激光冲击拉伸试验方法的装置，其特征在于，包括高功率脉冲激光器（49），45°全反镜E（24），光斑调节装置（50），轮辐式支架（30），定距支撑（31），夹具A（29），夹具B（38），靶材（37），光学玻璃片（34），导轨A（36），吸收层（35），触发器（46），应力传感器，光学引伸仪（51）；高功率脉冲激光器（49）出光前方设有45°全反镜E（24），45°全反镜E（24）下方设有光斑调节装置（50），轮辐式支架（30）位于光斑调节装置（50）下方；轮辐式支架（30）和靶材（37）通过定距支撑（31）连接，靶材（37）设于导轨A（36）上、沿导轨A（36）上下移动，靶材（37）激光照射面依次贴有吸收层（35）和光学玻璃片（34），定距支撑（31）调节轮辐式支架（30）和靶材（37）之间的距离，轮辐式支架（30）和靶材（37）中间设有中心孔，轮辐式支架（30）中心孔处设有夹具A（29），靶材（37）中心孔处设有夹具B（38），试件（32）通过夹具A（29）和夹具B（38）固定，在轮辐式支架（30）上设有应力传感器，在试件（32）旁设有光学引伸仪（51）。

6.根据权利要求5所述的环形激光冲击拉伸试验方法的装置，其特征在于，通过调节高功率脉冲激光器（49）中谐振腔抽运功率来改变脉冲激光的脉宽；所述谐振腔包括：全反镜（1），KD*P晶体（2），偏振器（3），孔径光阑（4），YAG晶体A（5），输出镜（6）。

7.根据权利要求5所述的环形激光冲击拉伸试验方法的装置，其特征在于，调节光斑调节装置（50）包括扩束镜D（25）、会聚透镜（26）、圆锥透镜A（27）和圆锥透镜B（28），所述扩束镜D（25）、会聚透镜（26）、圆锥透镜A（27）和圆锥透镜B（28）由上至下依次布置。

8.根据权利要求7所述的环形激光冲击拉伸试验方法的装置，其特征在于，还包括步进电机（45），所述步进电机（45）调节光斑调节装置（50）中的圆锥透镜A（27）与圆锥透镜B（28）的间距d₁（43），来调节环形脉冲激光（33）的内径；步进电机（45）调节圆锥透镜B（28）和靶材（37）激光照射面的间距d₂（42）来调节环形脉冲激光（33）外径。