激光烧结陶瓷温度场的数值模拟

根据热传导理论，推导出了激光烧结陶瓷过程中的热传导方程;并采用数值模拟的方法，编写了基于有限差分法的计算机程序。在此基础上，分别模拟计算了在各种不同的烧结工艺条件下，CO2激光辐照Al2O3陶瓷的温度场,结果表明,采用激光辐照的办法烧结陶瓷可以使陶瓷在短时间内达到很高的温度。此外，还计算了烧结过程中材料的温度随空间的变化曲线,结果表明,平行于激光辐照方向的温度梯度大小不随烧结时间变化而只与激光功率有关，激光功率越大温度梯度越大。研究还发现：垂直激光辐照方向的温度梯度的大小取决于激光束的功率密度分布和光斑大小。     

选择性激光烧结聚苯乙烯粉末成形温度场的数值模拟研究

本文以聚苯乙烯材料为例，对SLS成形三维瞬态温度场的分布变化进行数值模拟计算。计算模型中，考虑了材料的热物性参数随温度变化的情况和激光光强分布不均匀的因素。计算结果表明：烧结过程可以分为两个阶段：第一阶段是光照期的热量输入加热阶段，在该阶段内，光照表面的温度迅速升高，使材料处于过热状态，甚至超过材料的分解点，这一阶段完成粉末表面的致密化，但粉床内部的致密效果不是特别明显；第二阶段是光照结束之后的热量传输阶段，在该阶段内，表面材料吸收的热量向四周扩散，一部分通过对流和辐射换热方式散失到周围环境中，另一部分通过热传导的方式向粉床内部传输，促进粉床内部的烧结，这一阶段粉床内部的致密程度显著提高。     

选区激光烧结成型中致密度的数值模拟与实验

分析了红外激光与聚合物材料的相互作用过程,给出一个SLS烧结过程的模拟计算模型,采用数值方法对烧结致密化程度进行研究,结果与实验测量值吻合得很好,表明采用该方法可有效地预测烧结件的致密程度。     

激光输能光电池温度场数值模拟

温升效应是影响激光输能光电转换效率的重要原因。为了分析温升效应对光电转换效率的影响,采用基于COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件和MATLAB软件联合仿真的数值模拟方法,建立了光电池的物理模型和热模型,得到了激光辐照时间、功率密度、光斑面积、入射角以及热辐射和热对流对温度场的影响结果。结果表明,2000W/m2激光功率密度辐照下,光电池温度随辐照时间先快速上升,20s后缓慢增加,100s达到热平衡态后温度稳定在343K;随着激光功率密度增大,电池温升速度越快,达到热平衡态时的温度值越高;激光光斑全部覆盖电池表面时,电池表面温度差值最小;入射角通过影响有效激光辐照功率密度来影响电池温升;热辐射和热对流对降低光电池温度十分有利;当激光入射角为0°、激光功率密度辐照约为2000W/m2、激光光斑面积近似为电池表面面积时,光电池能获得最佳的光电转换效率。可见对光电池温度场进行仿真分析为研究提高激光输能光电转换效率的方法提供了理论参考。     

激光弯曲成形温度场的有限元数值模拟

激光成形技术是以激光为热源加热金属板料,依靠内应力使板料弯曲成形。研究激光成形过程中弯曲角与各影响参数之间的关系,了解板料内部温度场的分布规律是尤为重要的。本文应用有限元方法对不同热源形式、激光参数、板料尺寸及冷却条件下的三维瞬态温度场进行了数值模拟,分析了各因素对激光成形温度场的影响特性,为进一步的应力应变分析打下基础。     

钢/铝异种金属光纤激光焊接数值模拟

为了研究钢/铝异种金属激光深熔焊接的温度分布情况,采用有限元ANSYS软件建立了钢/铝异种金属激光对接焊的数学模型,对焊接温度场进行了模拟。通过计算模拟得到了不同时刻的温度场分布云图、试件表面节点的热循环曲线以及焊接速率对温度场变化的影响,并与实际焊接试验结果进行了对比。结果表明,焊接温度场呈非对称分布,钢一侧的温度梯度大于铝合金一侧的温度梯度;随着焊接速率的增大,热源中心的最高温度会逐渐降低,焊接熔池的熔宽也会随之逐渐变小。模拟的焊缝形状与实际焊接实验得到的焊缝截面的熔合线基本一致,熔池熔宽的模拟结果与实验结果误差在5%以内,验证了模拟结果的准确性。     

激光辐照铝材表面温度场特征演化的数值模拟

建立激光辐照铝材料的有限元分析模型,对材料表面的温度场进行数值模拟。研究了激光光束在对材料表面扫描过程中激光扫描速度、TEM00及TEM10两种理想模式的叠加比例η的取值、材料厚度等因素对扫描结果的影响。分析了在材料上所取的几个目标点的温度场变化情况。仿真结果表明扫描的速度快慢决定了材料表面可以吸收激光能量的多少,影响材料的最高温度;η的取值决定了激光光束的能量分布情况,η值越高激光光束能量越集中,在扫描过程中目标点的温度变化越剧烈;随着深度的增加,材料内部的温度的最高值逐渐降低,温度的升高趋势逐渐趋于平缓。     

激光与材料热作用的数值模拟研究

用有限差分方法数值模拟了激光对材料加热作用的过程。建立了激光材料中激发瞬态温度场的隐格式有限差分模型,该模型考虑了激光作用过程中材料的热物理参数依赖于温度的特性,得到了材料中瞬态温度场分布曲线。获得了材料中瞬态温度场分布集中于一个非常小的区域的结论,为激光加工及激光超声的产生提供了理论基础。     

激光与材料热作用的数值模拟研究

用有限差分方法数值模拟了激光对材料加热作用的过程。建立了激光材料中激发瞬态温度场的隐格式有限差分模型，该模型考虑了激光作用过程中材料的热物理参数依赖于温度的特性，得到了材料中瞬态温度场分布曲线。获得了材料中瞬态温度场分布集中于一个非常小的区域的结论，为激光加工及激光超声的产生提供了理论基础。     

激光金属沉积成形过程中温度场的数值模拟

为了降低成形过程的热应力,根据有限元方法中的“单元生死”技术,利用APDL语言编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场的数值模拟,再现了成形过程中温度场的动态变化,得到了成形过程中模型温度场及温度梯度的分布规律。结果表明,试样同一纵断面上各节点虽然被激活的时间不一样,但它们具有相似的温度变化规律;试样内的温度梯度主要沿z轴方向分布,基板内的温度梯度主要沿平行基板方向分布,具有明显的分层现象,熔池区的温度梯度非常大。在相同的工艺参数下,实际成形试样的扫描电镜照片与模拟结果吻合很好。     

激光能量密度对尼龙12/HDPE制品尺寸的影响

为了研究激光能量密度对尼龙12/高密度聚乙烯(HDPE)制品尺寸的影响,基于选择性激光烧结快速成型技术,利用CO2激光对尼龙12/HDPE粉体材料进行了激光烧结成型试验,并用扫描电镜分析了烧结层中尼龙12/HDPE的显微组织。结果表明,随着激光功率/扫描速率(P/v)的增加,烧结件的翘曲量逐渐增大;较佳的成型激光能量密度为P/v=0.8%,此时的翘曲量约为0.4mm。该结果对复合尼龙粉末的激光烧结的研究是有帮助的。     

超磁致伸缩换能器的数值模拟及试验研究

针对传统长方体Terfenol-D振子不能直接与管道任意表面耦合的问题,设计了U型弹性基底与Terfenol-D振子复合的新型结构,能够更好的与管道耦合。对新型结构振子进行数值模拟及瞬态响应分析,确定新型复合结构振子长度为25 mm。用该尺寸的坡莫合金为基底的新型结构换能器和传统的压电陶瓷换能器分别检测同一管道,试验结果表明,以坡莫合金为基底的新型结构的磁致伸缩换能器的缺陷回波幅值是压电陶瓷换能器的1.5倍,进一步验证了新型复合结构设计的正确性。     

光电双向负阻晶体管的数值模拟与实验研究

光电双向负阻晶体管(PBNRT)是一种新型S型光电负阻器件.本文对它的光电负阻特性进行了数值模拟和实验研究,给出了器件等效电路.PBNRT在光电混合工作模式下具有光控电流开关效应,可通过光照和控制电压两种控制方式改变器件的S型负阻特性.模拟和实验结果均表明:光照强度增大,维持电压基本保持不变,转折电压减小,负阻电压摆幅减小;而增大控制电压,维持电压和转折电压均增大,输出负阻特性曲线右移.上述特点使得PBNRT可望在光电开关、光控振荡和光电探测等方面有很好的应用前景.     

激光自混合干涉式位移测量数值模拟及实验研究

对激光自混合干涉式位移测量原理进行了数值模拟和实验研究。首先，从三镜法布里珀罗腔理论出发，得到了基于半导体激光自混合干涉原理的位移测量模型，在此基础上对多种波形调制外反射体位移情况下激光自混合干涉信号进行了理论分析，证实信号倾斜方向发生反转的间隔条纹数目对应反射体位移的幅值范围；反射体有半个波长的位移，信号即输出一个完整的条纹；反馈强度的增加将增大输出条纹的倾斜。对信号倾斜现象进一步分析发现，当反射体位移减小时，信号向左倾斜，反之向右。造成信号倾斜的原因是由于高反馈强度下引起的非线性相位调制了输出信号强度。这些结论同样适用于任意波形调制的反射体位移。实验测试结果同理论分析吻合较好。     

某教研室内热环境数值模拟与实验研究

借助Airpark3.0软件对某教研室内热环境进行了数值模拟,得到了室内速度场、温度场、空气龄、PMV、PPD的分布情况。利用多功能测试系统对室内温度、气流速度进行了实测。测试结果表明模拟所得的温度和速度分布情况与实测基本相符合,对其它室内热环境的研究有较好的参考价值。     

CPU热柱散热器实验研究与温度场数值模拟

对CPU热柱散热器的散热性能进行了实验研究,测试加热功率、风速等主要工况不同时发热电子元件表面的温度,比较并分析了测试结果。运用有限元分析软件ANSYS对该散热器进行了温度场数值模拟分析。研究在风冷条件下,同等尺寸的普通铜柱CPU散热器和热柱散热器的温度分布。结果表明,热柱散热器具有良好的散热性能,在较低风速下也能有效地降低CPU的温度。     

化学反应对微波非线性响应的实验研究和数值模拟

本文通过实验观测化学反应对微波反射的非线性变化,探讨了运用时域有限差分法模拟计算微波化学反应的方法,并给出计算实例。拓宽了时域有限差发法的应用领域,也为今后微波化学的工业应用提供基础。     

强激光对组织热损伤过程的数值模拟与实验研究

强激光作用于生物组织时会产生气化、碳化和熔融等相变热效应，并对组织造成热损伤，据此提出了包含碳化层和生物组织层双层结构、具有两个相间移动边界的激光与生物组织热相互作用数学模型。对数学模型进行了数值求解，得出了组织内部的温度分布，相间边界的温度，相间边界移动速度及碳化层厚度等参数的变化规律，并探讨了它们与激光强度之间的相互关系等问题。数值模拟表明，该光热作用过程分为两个不同阶段：起初的非稳态阶段以及紧接着的准稳态阶段，此时相间边界温度、相间边界移动速度以及碳化层的厚度均为与时间无关的常数。进行了激光生物组织热损伤实验，实验结果与数值模拟结果进行了比较和分析。结果表明，热损伤区大小、碳化层厚度等模拟值能与实验值较好地相符。     

强激光对离体皮肤组织热损伤的模拟与实验研究

基于激光与生物组织相互作用的机理,建立了强激光辐照离体人皮肤组织的二维传热模型.对于Pennes生物传热方程,使用有限元法数值模拟了温度场分布.并利用连续激光对离体人皮肤组织进行辐照实验研究.实验表明:当激光辐照时间为6.83s时,皮肤组织发生热致汽化;当辐照时间为11.20s时,组织发生热致炭化;当辐照时间为25.30s时,组织发生热致燃烧,理论分析与实验结果相符.