Ultrashort elastic and plastic shockwaves in aluminum

Abstract

Abstract. Ultrashort shock waves in aluminum films generated by femtosecond laser pulses were studied using two-temperature hydrodynamics and molecular dynamics methods. We observed double wave breaking characterized by an independent formation of leading elastic and trailing plastic shock waves. Both the amplitude and speed of the plastic shock decrease quickly in time due to hydrodynamic attenuation, while the elastic shock front slowly decays during propagation. When the pressure in the plastic front becomes equal to the normal component of pressure tensor in the elastic zone, the plastic wave disappears. Therefore, the distance between elastic and plastic fronts first decreases, then increases, with time. The elastic shock uniaxially compresses the crystal to pressures higher than the Hugoniot elastic limit (HEL). For a short time, the crystal within the elastic zone remains in a metastable state, that lies on an extension of the elastic branch of the Hugoniot beyond the HEL. Our theoretical results explain the seemingly puzzling experimental findings, where high-pressure elastic shock waves were observed with normal pressures up to 10-20 GPa.

Mold-free fs laser shock micro forming and its plastic deformation mechanism

“…The strain rate can reach up to 10 8 s À 1 [26] and the peak pressure of a fs laser-induced shock wave can reach tens to hundreds of GPa [11][12][13][14][15]27]. In our experiment, the peak pressure can reach several tens of GPa.…”

“…For direct ablation by fs laser, strong shock wave with a peak pressure of tens to hundreds of GPa can easily be obtained [11][12][13][14]. We also quantitatively evaluated the peak pressure of a fs laserinduced shock wave when it was used for confined ablation (where a transparent confining layer is used to confine the expansion of the ablated plasma) and we found that, even with a very low laser fluence, the peak pressure could reach several tens of GPa [15], which is much higher than the dynamic yield strengths of most metals.…”

Аналитическое Описание Переходных Тепловых Процессов В Гармонических Кристаллах

“…В частности, для уравнений (6) имеем начальные условия Таким образом, рассмотрение множества реализаций и введение ковариаций позволяет перейти от задачи для перемещений со случайными начальными условиями (3) к задаче для ковариаций с детерминированными началь-ными условиями (12). При этом динамика ковариаций описывается уравнениями (6)−(8) или (9).…”

“…При таких начальных условиях тензоры H и L являются симметричными. 12 Рассмотрим процесс перераспределения энергии по пространственным на-правлениям и процесс выравнивания кинетической и потенциальной энергий.…”

“…В частности, большой интерес представляют процессы, происходящие в твердом теле при переходе к состоянию термодинамического равновесия [4,5]. Неравновесное со-стояние может быть вызвано, например, прохождением ударных волн [6-9] или быстрым лазерным воздей-ствием [10][11][12][13][14]. В таких случаях кинетические энергии теплового движения атомов в разных направлениях могут существенно различаться [7][8][9].…”