519.63 Численное моделирование распространения индуцированной лазером ударной волны в алюминии
Буланов А. В. (Институт автоматизации проектирования РАН), Шепелев В. В. (Институт автоматизации проектирования РАН), Фортова С. В. (Институт автоматизации проектирования РАН)
ФЕМТОСЕКУНДНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ИМПУЛЬС, УДАРНАЯ ВОЛНА, ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, МОДЕЛЬ ОТРЫВА
doi: 10.18698/2309-3684-2024-4-6677
В данной работе исследуется задача об облучении алюминиевой мишени фемтосекундным лазерным импульсом. Проведён расчёт задачи конечно-элементным лагранжевым методом. Результаты сравниваются с расчётами методом типа Годунова и методом молекулярной динамики. Гидродинамические расчёты показывают практически полное соответствие. Использование метода с подвижной сеткой позволяет точно определить границу материала. В области волн разрежения методы гидродинамики показывают гораздо большую амплитуду отрицательных давлений, чем расчёты методом молекулярной динамики. Предложена модель отрыва, позволяющая учитывать возможные разрывы материала. Использование модели отрыва в расчетах улучшает соответствие с молекулярно-динамическими моделями и предотвращает образование второй ударной волны.
[1] Bonse J., Kruger J., Hohm S., Rosenfeid A. Femtosecond laser-induced periodic surface structures. Journal of Laser Applications, 2012, Vol. 24, No. 4, art. no. 042006.
[2] Leung C. L. A., Marussi S., Atwood R. C. et al. In situ x-ray imaging of defect and molten pool dynamics in laser additive manufacturing. Nature Communications, 2018, Vol. 9, No. 1, art. no. 1355.
[3] Stratakis E., Barberoglou M., Fotakis et al. Generation of al nanoparticles via ablation of bulk al in liquids with short laser pulses. Optics Express, 2009, Vol. 17, Iss. 15, pp. 12650-12659.
[4] Xiao J., Liu P., Wang C., Yang G. External field-assisted laser ablation in liquid: An efficient strategy for nanocrystal synthesis and nanostructure assembly. Progress in Materials Science, 2017, Vol. 87, pp. 140–220.
[5] Kim J., Kim Y., Kim J. Effects of simulation parameters on residual stresses for laser shock peening finite element analysis. Journal of Mechanical Science and Technology, 2013, Vol. 27, No. 7, pp. 2025–2034.
[6] Tsujino M., Sano T., Ogura T. et al. Formation of high-density dislocations and hardening in femtosecond-laser-shocked silicon. Applied Physics Express, 2012, Vol. 5, No. 2, art. no. 022703.
[7] Sano T., Eimura T., Kashiwabara R. et al. Femtosecond laser peening of 2024 aluminum alloy without a sacrificial overlay under atmospheric conditions. Journal of Laser Applications, 2016, Vol. 29, No. 1, art. no. 012005.
[8] Trdan U., Sano T., Klobcar D. et al. Improvement of corrosion resistance of aa2024-t3 using femtosecond laser peening without protective and confining medium. Corrosion Science, 2018, Vol. 143, pp. 46–55.
[9] Zhakhovskii V., Inogamov N., Petrov Y. et al. Molecular dynamics simulation of femtosecond ablation and spallation with different interatomic potentials. Applied Surface Science, 2009, Vol. 255, No. 24, pp. 9592–9596.
[10] Schafer C., Urbassek H. M., Zhigilei L. V. Metal ablation by picosecond laser pulses: A hybrid simulation. Physical Review. B, Condensed Matter, 2002, Vol. 66, No. 11, art. no. 115404.
[11] Zhigilei L. V., Lin Z. Atomistic modeling of short pulse laser ablation of metals: Connections between melting, spallation, and phase explosion. Journal of Physical Chemistry, 2009, Vol. 113, No. 27, pp. 11892–11906.
[12] Shepelev V., Petrov Yu., Inogamov N. et al. Attenuation and inflection of initially planar shock wave generated by femtosecond laser pulse. Optics and Laser Technology, 2022, Vol. 152, art. no. 108100.
[13] Dobrev V., Kolev Tz., Rieben R., Tomov V. Multi-material closure model for high-order finite element lagrangian hydrodynamics. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 2016, Vol. 82, No. 10, pp. 689–706
Буланов А.В., Шепелев В.В. Фортова С.В. Численное моделирование распространения индуцированной лазером ударной волны в алюминии. Математическое моделирование и численные методы, 2024, № 4, с. 66–77.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (госзадание 124022400174-3).
Скачать статью
Количество скачиваний: 9