激光切割脆性材料的温度场模拟

激光切割脆性材料是一个复杂的光致热过程。在综合考虑材料的热物性参数、初始条件及边界条件的情况下,运用Ansys软件建立了激光切割脆性材料温度场的三维有限元模型。采用APDL语言实现了对热流密度的高斯分布和强制对流换热及移动激光热源的模拟。通过设置不同的激光切割参数,对温度场的变化进行了模拟分析。所建立的温度场模拟系统可以对实际激光切割脆性材料的热过程进行前期预测,并能对激光切割参数的选择进行一定的优化,以减少实际切割的盲目性。     

高能激光破岩的传热学特性研究

高能激光破岩中激光与岩石相互作用的过程,是一个复杂的非稳定的传热学问题。利用能量守恒原理,得到了激光破岩的传热方程,并对其相变过程中固液相变界面、液气界面上的焓、导热系数和比热等热物性参数进行了近拟简化,从而建立了激光破岩温度场分析的物理模型。利用Galerkin方法,对激光破岩的温度场模型进行了数值分析求解和实例计算。     

选区激光烧结瞬态温度场模拟与测试方法研究

采用有限元方法,考虑实际的边界条件和热物性参量的变化,对Al2O3覆膜陶瓷粉末的选区激光烧结过程瞬态三维温度场进行动态模拟.通过比色测温法对红外热成像系统的发射系数进行修正后,对选区激光烧结过程瞬态温度场进行测试.数值模拟和实测结果显示,两者吻合较好.     

激光诱导间质肿瘤热疗的数值模拟和实验研究

本文在考虑生物组织物性动态变化的情况下建立了激光诱导间质肿瘤热疗(LITT)的物理数学模型,采用MonteCarlo方法数值模拟了LITT中激光能量在生物组织内的传输过程,基于Pennes生物传热方程和Arrhenius方程数值求解了组织内的温度分布和热损伤体积的变化,分析了热物性及血液灌注率的动态变化对LITT过程的影响,并与相应的离体实验结果进行了对比。数值模拟结果表明,组织的热物性及血液灌注率的动态变化对于热损伤体积的变化具有重要的影响。因此在激光诱导间质肿瘤热疗的数值模拟中应该考虑热物性及血液灌注率的动态变化以期为临床治疗方案的制定提供更为准确的依据。     

组织间激光血卟啉治疗肿瘤时瞬态温度场的理论和动物实验研究

本文在动物实验和生物热模型分析的基础上,用计算机数值模拟求解和参数估计的方法求得了组织间激光血卟啉治疗肿瘤的一维瞬态温度场、激光在组织间的穿透深度、以及生物组织血流率在加温过程中的变化,并对温度场进行了实验检验。探讨了肿瘤供血系统的调节功能。分析了对肿瘤进行血卟啉光动力学疗法的热效应,讨论了多根光纤插入动物组织时的复合温度场和光纤的最佳间距及治疗有效半径的问题。     

磁光型光盘存贮介质记录特性的研究

本文给出了激光热磁记录多层膜温度场分布求解的基本公式,由此评价了温度场分布对记录磁畴尺寸的影响,并以四层膜结构为例,得到了相应的数值解,有关的验证实验也同时完成,由此得到了降低记录激光功率的方案.     

物理参数变化对短脉冲激光激励温度场的影响

 为研究多物理参数（耦合系数、电子热导率、电子热容、晶格热容）同时随温度变化对短脉冲激光辐照金属材料产生温度场分布的影响,基于双温耦合理论,建立了短脉冲激光辐照金属材料金的加热过程的有限元求解模型。在同时考虑脉冲激光的空间、时间分布和多参数同时随温度变化的情况下,得到短脉冲激光辐照金属材料金激励产生的温度场二维瞬态分布,并进一步比较了多物理参数同时随温度变化和采用室温物理参数两种情况下温度场分布的区别。数值结果表明：多物理参数同时随温度变化使电子温度和晶格温度的上升变快,最大值变大,而且使得材料中激光穿透直接辐照到的区域温度变高。     

0.53 μm毫秒脉冲激光对GaAs热分解损伤特性

针对波长0.53 m的毫秒脉冲激光辐照GaAs的表面热分解损伤问题,建立了二维轴对称热传导模型,在考虑材料的热物性参数随温度变化的基础上,采用有限元法模拟了材料的瞬态温度场,得到了温度场分布特征及其随时间的变化规律,给出了材料表面发生热分解损伤阈值曲线。数值结果表明:毫秒脉冲激光对GaAs作用时,热传导影响着激光作用全过程,对应的损伤机理主要为热损伤;在激光作用下,被作用表面中心处温度最高,并且首先发生热分解损伤;随着作用激光能量密度的增加,GaAs表面发生热分解损伤的时刻不断提前。     

飞秒激光加热金属薄膜反演问题的求解

飞秒激光加热金属薄膜时会在金属内部形成电子温度和晶格温度不平衡的热输运过程,此过程一般可以用抛物两步模型描述。飞秒激光抽运-探测技术可以对上述过程中金属表面的瞬时电子温度进行测量。通过上述实验结果结合抛物两步模型,反推金属微尺度热物性参数是一个反演问题。本文分析了此反演问题求解的可行性,并采用遗传算法对此反演问题进行了...     

激光输出不稳定性对激光与物质热作用的影响

研究了激光与物质相互作用中激光输出不稳定性对材料中温度场颁的影响以及减少这种影响的途径。首次在激光热传导方程中引入噪声项,推导了噪声影响下该激光热传导方程的解。研究发现,温度场的分布受噪声的影响,材料表面温度的涨落较大,而材料的深处涨落较小;温度场的涨落还和激光加热的过程有关,随激光加热时间的增长,温度场的涨落增大。此外,材料的热传导系数、热扩散率和发射率均对温度场的涨落有影响。文中还提出了减小激     

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。     

脉冲激光辐照TiO2／SiO2薄膜的热效应

用1．06μm单脉冲激光辐照TiO2／SiO2薄膜，利用得到的综合参数K来计算不同能量下单脉冲激光辐照薄膜产生的温度场和热应力场，并对计算结果进行分析，获得了温度场和热应力场在激光辐照过程中的变化过程及热应力在脉冲激光辐照薄膜过程中起主导作用。     

LD端面泵浦矩形Nd:YVO_4晶体的热效应研究

建立了矩形激光晶体的热传导模型。通过充分考虑晶体侧面与冷却液之间的对流传热,以及晶体端面与外界的热传导,建立了更为合理的边界条件。利用有限元差分法求解泊松方程,得到激光晶体内温度和温度场分布。研究结果表明,在考虑晶体的侧面对流和端面导热的情况下,得出了更符合实际的晶体温度场分布,计算的热焦距与实验测量结果更为吻合。     

激光辐照金属/炸药复合介质温度场的数值模拟

 当激光辐照金属/炸药复合介质外表面时,在变物性及界面有接触热阻的条件下,用二维线性瞬态导焓方程,数值计算了介质内部温度场时空分布。作为特例,将常物性及无接触热阻下的数值解与相同条件下的二维线性瞬态导热方程的解析解相比较,结果表明数值法的计算程序及结果是可信的。     

光学窗口材料激光辐照热-力效应的解析计算研究

建立了高功率连续激光辐照透明光学材料的热力学模型,通过积分变换方法求解三维热传导方程,得出了激光辐照引起的瞬态温度场分布的精确解析解,并在此基础上进一步求得热应力场的瞬态分布。以1.315μm的高能氧碘激光辐照熔石英玻璃为例,计算了熔石英在激光辐照下的温度场与热应力场分布,分析了其激光损伤机理。研究结果表明由于熔石英具有优良的热稳定性,温度不均匀分布所产生的热应力相对较小,激光损伤主要是受辐照区域温度值超过材料熔点发生熔融破坏。理论分析结果与相关的实验结论一致,说明所建立激光辐照效应模型的合理性。     

激光对碳纤维增强复合材料的热烧蚀数值模拟

高能激光对复合材料的辐照效应研究,可以拓展激光技术的应用范围。为了预测激光辐照下碳纤维增强复合材料的瞬态热响应,提出了一个简化计算模型。采用隐式有限体积方法求解控制方程,边界条件包括激光辐照加热、对流换热、辐射换热以及材料表面烧蚀。考虑了激光辐照过程中基体热分解、质量迁移、比热容变化情况。基于该烧蚀模型,预测了激光辐照下碳纤维增强复合材料的瞬态温度场和表面烧蚀速率,计算结果与文献试验数据一致。最后,通过修正烧蚀模型分析了高速气流剥蚀对激光辐照复合材料热效应的影响。     

CW激光辐照薄板热力响应全场测量

实验研究了CW激光辐照铝合金薄板的热力响应过程,利用三维数字图像相关技术(3D-DIC)结合红外测温系统对整个过程的变形场和温度场实现了全场实时测量。分析了入射激光功率对变形场和温度场的影响,发现变形和温度均随入射激光功率线性增长。建立了三维有限元模型对实验过程进行模拟,模拟结果与实验结果吻合较好,验证了有限元模型的可靠性。3D-DIC结合红外测温系统可以很好地对激光破坏试验中的靶体变形场和温度场进行实时测量,是一种很有效的实验测量手段。     

激光诱导间质热疗中生物组织的温度场研究

激光诱导间质热疗疗效评估的前提是必须获得准确的激光在不同功率、不同照射时间的生物组织温度场分布.利用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics构建了在组织光学参量不变情况下的三维有限元传热模型.该模型基于Pennes生物传热方程和轴对称高斯形状的激光光束热源方程,参量针对离体猪肝组织,考虑到了生物组织热物性密度、比热和热导率随温度变化的情况.仿真获得激光功率为0.77 W、0.95 W、1.23 W,照射时间为10~90 s,径向距离0~2 mm范围和轴向距离0~4 mm范围的温度场数据集.利用拟合算法,获得了自变量为激光功率、照射时间、径向距离和轴向距离的生物组织温度场分布模型.将功率为0.88 W和1.05 W时的结果与Pennes方程结果相比较,两者误差在5%以内.     

测定双层组合介质接触热阻

 当激光辐照双层固体组合介质的外表面时，在变物性及界面接触热阻不变的条件下，数值计算了介质内部温度场时空分布。实验测定该双层介质背面对应点的温度曲线，与数值计算的结果进行比较，从而确定介质界面间的接触热阻。     

短脉冲激光加工双温方程的优化运算

为研究双温方程中电子热传导项和电子与晶格耦合项对激光辐照物体表面温度场求解的影响,对这两项施加了约束条件。由于飞秒和亚皮秒激光与物质相互作用时间短,电子与晶格来不及耦合,所以对耦合项施加时间约束;根据相分离条件(CPPS),对热传导项施加空间约束。利用有限元方法建立了激光烧蚀金属铜膜表面的有限元模型。通过分析双温方程中热传导项和耦合项对计算结果的影响,发现短脉冲激光与铜金属相互作用过程中电子与晶格耦合项可以忽略,而传导项不可忽略。求解适当激光功率下的双温方程,得到了激光作用中心电子与晶格在不同脉冲宽度激光辐照下的温度变化关系。根据100 fs激光作用后晶格温度场的空间分布情况,研究了激光作用的相分离区域、相爆炸区域以及熔融区域的分布情况。