激光辐照诱导高温高压等离子体,高压等离子体扩散在材料内引起应力波,并作用板材变形。激光冲击成形技术已应用于航空航天、医疗器械等领域,具有重要的研究价值。本文采用数值模拟和实验相结合的方法,研究了靶平面上高压等离子体扩散的机制,在此基础上,进一步分析圆管内锥面上的高压等离子体扩散机制,验证激光诱导高压等离子体驱动圆管变形的可行性,分析圆管变形过程和变形结果的影响因素。本文的主要工作与结论如下:(1)在两种不同约束条件下,利用流体软件对高压等离子体扩散过程进行数值模拟研究,对高压等离子体扩散特性进行详细讨论。从模拟结果中导出靶面压力时程曲线,模拟的压力曲线与前人实验中测量的压力曲线的趋势一致,压力冲量相近,验证了使用流体模型研究激光诱导高压等离子体爆轰波的可行性。(2)建立圆管内高压等离子体扩散模型,对圆管内高压等离子体横向膨胀形成的爆轰波流场进行了详细论述,并从数值模拟结果中导出管壁上的压力分布曲线。根据冲量守恒原则,对非均布的压力曲线进行标准化处理,并拟合得到压力分布函数表达式。研究得出锥面上高压等离子体扩散造成对管壁的冲击效应比平面上的强,且随着锥面角度的降低,高压等离子体冲击效应出现增强。压力冲量与高压等离子体初始压力呈线性关系,压力加载时间是相近的。(3)建立圆管变形的有限元模型,将管壁压力分布函数写入模型,计算结果得出,高压等离子体初始压力为2 GPa时,圆管发生塑性变形,最大变形深度是0.674mm。高压等离子体初始压力增加,圆管成形高度增大;压力加载位置在0~0.7 mm范围内对圆管变形深度是有影响的,压力加载位置越靠近端面,圆管变形深度越大;反射锥的锥角为90°时更有利于圆管变形;管壁厚度增加,圆管变形深度减少;圆管材质越软,越有利于圆管变形,总的来说,圆管变形深度越大,管壁减薄现象越严重。(4)当采用5 J激光能量入射圆管,圆管发生塑性变形,利用显微镜对试样进行观测,实验中圆管的变形深度、变形区域长度与模拟中初始压力为1.2 GPa时的圆管变形结果相近,验证了高压等离子体驱动圆管变形的可行性以及有限元模型的可靠性。在研究中,当压力加载位置处于0~0.5 mm范围内时,对圆管变形有较为显著的影响;当激光冲击次数从1次增加到5次,圆管变形深度从0.202 mm增加到0.252 mm,圆管变形区域长度从3.3 mm增加到3.758 mm。