激光辐照下旋转柱壳温度场的数值模拟

采用有限元方法数值模拟在连续激光辐照下旋转柱壳温度场的变化和分布情况,并分析了热性能参数对温度场造成的影响,同时还比较分析了不同旋转频率对柱壳温度场分布的影响。结果表明,激光作用下旋转柱壳的温升大大低于静止柱壳的温升, 外表面温度呈现出与旋转频率相符的周期性上升过程,而内表面温升由于热传导的原因在较小频率下才表现出这种周期性,当频率增大到一定值时,内表面温升不出现周期性的台阶而是曲线上升。     

强激光辐照下柱壳温度场的数值模拟

 用有限元方法数值模拟强激光辐照下柱壳上温度场的变化和分布情况，并对热性能参数随温度变化对温度场造成的影响进行了研究。     

激光辐照下充压柱壳的破坏能量阈值数值模拟

采用有限元方法模拟了激光辐照下充压柱壳的热力学响应,计算了不同工况下结构的瞬态温度场和应力场,根据材料强度准则判断了柱壳的破坏时刻,并提出了一种预测激光辐照下充压柱壳破坏能量阈值的数值方法。研究了壳体厚度和内压大小对柱壳破坏能量阈值的影响,并给出了典型工况下柱壳破坏能量阈值同壳体厚度以及充压大小的关系。数值计算结果表明:破坏能量密度阈值与壳体厚度、内压大小近似成线性关系,壳体厚度比内压大小对柱壳的激光破坏能量阈值影响更大。     

激光辐照下充压柱壳的破坏能量阈值数值模拟

采用有限元方法模拟了激光辐照下充压柱壳的热力学响应,计算了不同工况下结构的瞬态温度场和应力场,根据材料强度准则判断了柱壳的破坏时刻,并提出了一种预测激光辐照下充压柱壳破坏能量阈值的数值方法。研究了壳体厚度和内压大小对柱壳破坏能量阈值的影响,并给出了典型工况下柱壳破坏能量阈值同壳体厚度以及充压大小的关系。数值计算结果表明：破坏能量密度阈值与壳体厚度、内压大小近似成线性关系,壳体厚度比内压大小对柱壳的激光破坏能量阈值影响更大。     

激光辐照下静止及旋转充压柱壳结构变形的对比分析

 采用3维实体单元模拟激光辐照下静止及旋转充压柱壳的应力和应变分布,分析了柱壳可能发生破坏的位置和条件。通过对计算结果的分析表明,对于激光辐照下静止及旋转充压柱壳,裂纹都有可能在光斑边缘附近产生。但由于在旋转充压柱壳上,在过光斑中心圆周上有高应力带状区域,因此旋转柱壳有可能在这一环带区域也发生破坏。在相同的激光加载条件下,静止充压柱壳更容易在局部区域开始发生破坏。     

强激光辐照下预载柱壳热屈曲失效的数值分析

 采用有限元方法（ANSYS7.0）和简易的热力耦合本构关系,较系统地数值研究了预载柱壳受激光辐照时的热力响应和热屈曲失效行为,分析了几种壳体在不同预载条件下（轴压或内压）的屈曲模态和屈曲特征值,给出了屈曲模态和热屈曲失效与激光强度、辐照时间、预载条件和壳体几何尺度及形状间的定量或定性关系。计算结果表明：（1）屈曲失效行为主要集中在激光辐照区内且以径向屈曲为主。（2）在一定范围内,屈曲特征值与光斑中心点温度近似有线性关系。（3）激光辐照区内高温引起的材料软化和预载径向变形的耦合作用是柱壳发生热屈曲失效的根本原因,有效提高结构刚度,可使屈曲特征值提高。（4）壳体形状的改变对内压柱壳有更为明显的影响,其中圆柱形壳体屈曲特征值最大,因此具有较高的安全性。     

连续和重复频率激光对旋转壳体加热效率的数值模拟

 基于有效利用激光能量的目的,采用有限元分析方法分析并比较了重复频率和连续激光对旋转壳体的加热效率。数值计算结果表明：重复频率激光要比连续激光的加热效率高,而且加热效率与重复频率、占空比等有关;在平均功率密度相同的前提下,在频率相同条件下,占空比减小,温度上升加快,即加热效率随占空比的减小而增大;在相同占空比条件下,重复频率越小温度周期变化越明显,振荡峰值越大,当占空比较小时随着辐照时间的增加重复频率对加热效率影响减小。     

激光辐照下充压铝柱壳爆裂断口分析

 分析了激光辐照下充压铝柱壳的断口特性, 在激光辐照区上裂纹的起裂、扩展和止裂机制均为韧性的, 断口以韧窝分布为主, 由于加载不同, 有的断口在壳壁厚度方向有明显的分层, 即外层的塑性变形层和内层的韧窝状断口。给出了柱壳上激光辐照区的应力分布与断裂的关系和整个断裂过程较为细微完整的物理图象。     

激光辐照下充压铝柱壳爆裂断口分析

分析了激光辐照下充压铝柱壳的断口特性, 在激光辐照区上裂纹的起裂、扩展和止裂机制均为韧性的, 断口以韧窝分布为主, 由于加载不同, 有的断口在壳壁厚度方向有明显的分层, 即外层的塑性变形层和内层的韧窝状断口。给出了柱壳上激光辐照区的应力分布与断裂的关系和整个断裂过程较为细微完整的物理图象。     

激光辐照下充压柱壳热断裂的可能性分析

采用3维实体单元来模拟激光辐照下充压柱壳的应力和应变分布,在光斑边缘采用棱锥单元来处理过渡区,分析了柱壳裂纹萌生的可能位置和条件。通过计算发现：外热源加载的柱壳在时间较短、内压足够大时,裂纹可能会在光斑边缘处产生并扩展开来;在功率相同的条件下,小光斑辐照时易产生裂纹,功率密度相同时,大光斑辐照下易产生裂纹,说明柱壳破坏的一个因素取决于功率密度;柱壳在不同时间,应力与抗拉强度之比分布不同,过光斑中心的柱壳母线上的环向应力在柱壳裂纹的萌生中起主要作用。     

Simulation of temperature distribution in skin under laser irradiation with different wavelengths

With the help of numerical calculations of the finite element method, we simulate the distributions of the temperature in skin after laser irradiation with four wavelengths, 532 nm, 694 nm, 755 nm, and 800 nm, respectively. Combined metabolism of the organism with the traditional Pennes equation, the induced thermal effect in tissue is expressed. The simulated results show that the temperature in the irradiation center decreases as the increase of the wavelength for the same irradiation duration, and the relationships of the distribution of temperature and the wavelength along the radial and longitudinal directions are different.     

Numerical simulation of the ultrasonic waves generated by ring-shaped laser illumination patterns

The generation of ultrasound in aluminum plate subjected to ring-shaped laser beam illumination has been studied quantitatively by using the finite element method. The superposition effects of surface acoustic waves on the top surface and the bulk ultrasonic waves on the rear surface of specimen have been obtained in a single simulation. The typical displacement profiles of the bulk ultrasonic wave at various depths along the central axis of the ring are obtained for three different radii, and the effect of the ring radius on the focal depths of the compression and shear mode are determined. The numerical results confirm that the focal depth of a bulk acoustic mode is determined by the directivity patterns of the acoustic mode generated by point-like laser sources via a thermoelastic mechanism, which depends on the physical constants of elastic medium.     

外部流场对激光加热运动目标影响的数值模拟

 考虑激光与运动目标相互作用的基础上,利用有限元方法分析了亚声速条件下运动目标在激光辐照全过程的温度场和热应力场的分布与演化规律。结果表明：高速流场的存在,导致了明显的冷却效应;加热过程中目标材料出现了屈服,导致激光熄灭后结构内出现残余应力和变形;激光辐照区边缘产生很高的温度梯度和应力梯度,并且由于气流影响,受辐照区域前后两端应力分布不对称。     

激光烧结石墨烯铜复合材料温度场有限元模拟

在激光烧结石墨烯增强铜基复合材料的过程中,了解瞬时温度场分布对优化工艺参数、控制烧结质量有重要作用。建立了激光烧结预涂在42CrMo基板上的石墨烯铜的混合粉末的有限元模型。研究了激光烧结过程温度场分布,熔池的几何参数以及烧结层与基体的冶金结合宽度。为了验证模拟结果,使用与模拟相同的参数进行了单道激光烧结的实验。研究表明,热传导、热辐射和相变潜热在激光烧结过程的温度场分布中起重要作用。实验结果与模拟结果较为一致。所以可以依据模拟结果预测实验的温度场分布和熔池几何参数,同时也可以据此优化激光烧结参数。     

部分浸没圆柱壳声固耦合计算的半解析法研究

部分浸没圆柱壳-流场耦合系统的声振分析是一种典型的半空间域内声固耦合问题,其振动及声学计算目前主要依赖于数值方法求解,但无论从检验数值法还是从机理上揭示其声固耦合特性,解析或半解析方法的发展都是不可或缺的.本文提出了一种半解析方法,先将声场坐标系建立在自由液面上,采用正弦三角级数来满足自由液面上的声压释放边界条件;接着基于二维Flügge薄壳理论建立了以圆柱圆心为坐标原点的壳-液耦合系统的控制方程;然后再利用Galerkin法处理声固耦合界面的速度连续条件,推导得到声压幅值与壳体位移幅值之间的关系矩阵并求解该耦合系统的振动和水下声辐射.与有限元软件Comsol进行了耦合系统自由、受迫振动和水下辐射噪声计算结的对比分析,表明本文方法准确可靠.本文的研究为解析求解弹性结构与声场部分耦合的声振问题提供了新的思路.     

激光加热金属板流固耦合数值模拟

 数值模拟研究了气流和激光辐照双重作用下的金属平板温度场。流体控制方程为3维雷诺平均N-S方程,固体控制方程为能量方程,湍流粘性系数求解使用k-ε两方程模型。采用流固耦合计算方法,使用动网格模型模拟气流的“冲刷效应”,较完整地模拟了激光辐照金属材料的物理变化过程,计算得到金属平板的温度分布及流场分布。结果表明:在较低气流速度及激光功率下,气流的冷却效应占主导地位;当气流速度和激光功率上升到一定程度后,气流的“冲刷效应”和冷却效应共同决定金属平板的温度分布。