[发明专利]激光烧蚀驱动不规则三维目标力学行为的计算方法

摘要

本发明公开了一种通过目标表面三角化三维重构来计算不规则目标在激光烧蚀驱动下力学行为的计算方法，该方法根据不规则目标表面顶点信息，通过表面三角化三维重构，将其表面转化为多个三角面的组合。以三角面划分计算单元对不规则目标的基本参数和受力情况进行计算，从而将难以计算的激光烧蚀驱动不规则目标表面问题转化为计算多个激光烧蚀驱动简单平面目标问题。

主权项

1.一种通过目标表面三角化三维重构来计算不规则目标在激光烧蚀驱动下力学行为的计算方法，具体步骤如下：(1)不规则目标表面三维重构将不规则三维目标的表面进行三维重构：首先将目标表面所有顶点坐标变换到以其几何中心为原点的直角坐标系下，并投影到单位球面上，然后筛选出单位球面南北极极点，以最小范围划定南北极圈，对其内的顶点进行三角化，其次将剩余球面通过墨卡托投影展开成二维平面，并对其内定点进行三角化，最后将获得的三角化后的点面关系信息返回到原几何体，即获得其表面三角化重构信息；通过三角化将不规则碎片的不规则表面转化为若干个三角面的组合，通过控制三角化过程中输入顶点的数量即可控制三角化的细致度并进一步控制计算精度；(2)基本参数计算将每个三角面的三个顶点和不规则碎片质心构成一个四面体，将不规则碎片分割为若干个四面体的组合，以每个四面体为一个基本计算单元，分别计算其体积、质量及针对质心的转动惯量，并通过累加获得不规则碎片的总体积、质量及针对质心的转动惯量；(3)受力计算针对不规则三维目标重构得到的每个三角面，筛选出被激光照射的面，冲量计算根据激光与物质相互作用机理即冲量耦合计算公式：冲量＝激光能量*冲量耦合系数；公式中激光能量通过三角面面积和激光能量密度进行确定，耦合系数取值根据不同的目标参数(材质、形状)和激光参数(波长、脉宽、能量密度)参考公开文献资料中的冲量耦合系数曲线确定，然后即可计算出每个被照射表面的冲量，根据动量定理中冲量和力与时间的关系即可进一步计算获得受力的大小和方向；(4)力偶分解各被照射表面的受力分解为作用点在质心沿XYZ三轴的力和以过质心分别与XYZ三轴平行的直线为转轴的力矩的组合，并进一步根据理论力学中刚体动力学相关公式计算获得激光作用后目标的速度改变量和转动角速度改变量；(5)结果处理根据计算结果更新目标坐标点信息，转入下一次激光作用计算流程或输出包括位移、姿态、速度、转速改变量等信息。