激光辐照下反射镜热变形特性分析

激光致反射镜热变形引起光束质量下降是强激光系统优化设计的关注热点.为了在不同反射膜和不同基底的多种材质组合中筛选出热变形最小的情况,对反射镜热变形特性开展了理论分析,讨论了激光参数的影响.首先模拟了不同反射镜的温升和热变形,发现温升和热变形的最大位置始终位于被激光辐照镜面上;然后筛选出热变形最小的镜体组合是镀Ag膜的硅基底反射镜,并且随着入射激光波长的增大,反射镜温升变小,热变形量也减小;激光功率越小,反射镜的温升越低,热变形量越小;激光光斑半径越大,最大热变形量越小.研究结果可以为反射镜的优化设计,以及反射镜的激光损伤等方面提供理论参考.     

激光焊接熔池特性的三维数值模拟

为了对激光深熔焊接熔池特性进行三维解析模拟,基于一定的基本假设条件将焊接过程视为准稳态过程,应用激光焊接低碳钢熔池形状和温度分布的三维控制数学模型,以求解相态转变界面为基础,将对激光深熔焊接熔池特性的模拟简化为对气-液相界面和固-液相界面位置和温度分布的积分方程的求解,得出了焊接试样上的熔池几何形状和温度分布情况.结果表明:熔池形状相对光轴中心向后偏移,且熔池前沿壁陡峭,后沿壁过渡平滑;熔池深度和宽度随着激光功率的增大同步增大,随焊接速度的增加同步减小,随光斑尺寸增大熔宽增大而熔深减小;熔池各层面上的最高温度点均偏后于光束中心,等温线分布密集表明激光焊接热影响区窄.     

双车道公路下坡弯道路段货车偏移行为仿真研究

为了研究货车在下坡弯道路段的偏移行为,采用驾驶模拟仿真的方法,采集了货车在不同坡度、不同半径、不同转向条件下的行车轨迹数据,分析了横向偏移的形态及分布规律。结果表明:相同半径、相同坡度、不同转向条件下,货车横向偏移的主方向、累计偏移方向均相反;最大偏移量随着曲线半径的减小而增大;半径和转向一定的条件下,坡度对偏移的均值和波动性影响不明显;最大偏移量服从正态分布。这些结论可作为安全设计的重要参考依据。     

65Mn钢激光表面强化工艺参数研究

目的 研究激光强化工艺参数对65 Mn旋耕刀基体显微硬度的影响,以表面硬度和磨损量为表征参数,寻求最佳工艺参数.方法 采用设计正交实验方法确定激光参数、激光功率、扫描速度和光斑直径变化区域.通过激光强化区的金相组织和表面显微硬度,确定影响因数的大小.结果 激光影响区的金相组织主要为马氏体,影响表面硬度的参数主要是激光功率,其次是扫描速度,而光斑直径影响最小.结论 当激光功率1 200 W、扫描速度20 mm/s,光斑直径2.5 mm,强化区的显微硬度达到最大值.     

基于飞秒激光的光纤微加工工艺研究

光纤作为传输光信号的重要载体,使用时经常需要进行切割。飞秒激光以其热效应小、加工精度高等优势可对多种光纤进行加工。利用飞秒激光对单模石英光纤切割加工的特性及加工工艺,通过对扫描次数、激光功率和焦平面位置等参数进行组合实验,再对光纤切割端面的显微图像进行质量分析,找出飞秒激光切割光纤的最佳工艺参数。研究结果表明,扫描速度0.1mm/s、切割功率0.6 W,先把激光聚焦于光纤中心切割2次后再把焦点位置移动到光纤底部切割2次,可获得良好切面效果。     

强激光大气传输稳态热晕效应研究

基于积分法研究了有风时强激光大气传输稳态热晕效应．推导了稳态热晕积分方程,分析并改进了高斯-勒让德积分法,使收敛速度提高近两倍,且畸变越大改进效果越显著．应用该算法计算了10.6μm激光的稳态热晕对远场光斑能量分布的影响,得到了较理想的结果．然后应用该算法对3.8μm激光的热晕效应进行了分析．结果表明,在其他参数不变情况下,发射功率越大,传输距离越远,光束畸变和波束扩展越大; 而孔径的增加,会使热畸变效应减小,但孔径太大或太小均会导致到达目标的功率密度下降,有效光斑面积减小,且孔径的增大会增加系统实现的难度和成本．因此,合理选择发射孔径是系统设计的重要因素．     

激光淬火工艺参数对T10钢淬硬层深的影响

为探讨钢的激光淬火工艺参数对淬硬层深的影响。本文对T10钢进行了激光淬火试验。结果表明：淬硬层深随激光功率的增大、扫描速度的降低、激光束重叠尺寸的增大而增大,其中扫描速度对淬硬层深的影响相对较大;在功率（0．9－1）kW。扫描速度20－30mm/s,光斑直径3mm,激光束重叠1．0－1．5mm的工艺参数范围内,可获得不小于0．5mm的淬硬层深,表面硬度达HV1095左右;此外还发现,激光淬火前用碳黑进行黑化处理,有可能在T10钢表层形成亚共晶组织。     

钢铁的激光表面硬化

对45钢、W18Cr4V及铸铁作了激光表面热处理。研完了表面状态、光斑尺寸、功率及扫描速度对硬化层特征及耐磨性的影响。     

四象限探测器定位精度的分析与仿真

为了研究影响四象限探测器(QD)在空间激光通信系统中的跟踪精度,以及光斑特性和外部环境对探测器的影响。首先理论推导了四象限探测器光斑检测的原理,然后对光斑半径、光斑位置、背景光、光斑能量分布、死区、系统信噪比等因素进行了仿真分析。研究结果表明,光斑半径的增加会降低四象限探测器的位置探测灵敏度。光斑能量分布、背景光和死区会对光斑位置检测精度产生影响,系统信噪比的提高可以提高位置检测精度。     

脉冲激光加工连杆裂解槽数值仿真

建立了YAG脉冲激光加工裂解槽三维瞬态温度场有限元模型,并对热源加载形式、离焦量、材料热物理性能参数、单元生死等技术问题进行了分析。对激光在C70S6高碳微合金非调质钢上移动切割裂解槽进行了数值模拟,得到不同切割参数下槽深、槽宽及温度场,总结出光斑直径、激光功率、脉宽、加工速度等参数对裂解槽加工的影响规律。将数值分析结果与激光切槽试验进行了对比,对激光加工裂解槽工艺参数的选择提出了建议。     

6061铝合金表面激光熔覆温度场的仿真模拟

利用连续波Nd:YAG固体激光在6061铝合金表面激光熔覆SiC陶瓷粉末，采用ANSYS有限元软件对6061铝合金激光熔覆过程中热量传递及温度场分布进行模拟，在分析过程中采用三维单元，并考虑了材料热物性的非线性及对流和辐射的边界条件，建立了有限元模型，得出了熔覆过程中试样表面的温度分布模拟图.结果表明，温度场模拟等温线呈椭圆形，在移动热源的前方等温线密集，温度梯度较大，热源后方的等温线稀疏，温度梯度较小，熔池内最高温度与激光扫描速度、光斑半径均成反比，与激光功率成正比.模拟结果为陶瓷金属基复合材料激光熔覆工艺参数的优化提供了理论依据.     

CO2激光光束在直流TIG电弧中传输形态研究

使用光束光斑质量诊断仪检测了CO2激光垂直穿过直流TIG电弧后的光斑半径及传输方向的变化,考察了激光离焦量及作用电弧位置对光斑的影响,计算了光束通过电弧后的偏折角度。结果表明,电弧等离子体的“负透镜效应”使得激光柬在0、＋10mm离焦量下作用电弧中间位置时,测量的光斑比原始光斑半径增大;-10mm离焦量下光斑缩小。电弧的“棱镜”折射,使得光束穿过电弧后有向阴极的微小偏折,计算偏折角度为0．8°。激光束0离焦量,作用电弧阳极附近时,光斑呈椭圆。     

CO2激光光束在直流TIG电弧中传输形态研究

使用光束光斑质量诊断仪检测了CO₂激光垂直穿过直流TIG电弧后的光斑半径及传输方向的变化,考察了激光离焦量及作用电弧位置对光斑的影响,计算了光束通过电弧后的偏折角度。结果表明,电弧等离子体的"负透镜效应"使得激光束在0、+10 mm离焦量下作用电弧中间位置时,测量的光斑比原始光斑半径增大;-10 mm离焦量下光斑缩小。电弧的"棱镜"折射,使得光束穿过电弧后有向阴极的微小偏折,计算偏折角度为0.8°。激光束0离焦量,作用电弧阳极附近时,光斑呈椭圆。     

选择性激光熔化AlSi10Mg合金组织形貌及其拉伸性能

在不同激光功率、扫描速度等工艺参数条件下,使用选择性激光熔化设备(SLM100)3D打印成型Al Si10Mg合金拉伸试样,采用Olympus BX5光学显微镜与JEOL JSM-6490LV型扫描电子显微镜观察成型试样的显微组织形貌,研究激光功率、扫描速度对试样拉伸性能的影响。结果显示:成型试样的显微组织呈鱼鳞状或长条状,相互搭接且组织尺寸较小;在激光功率为190 W时,试样抗拉强度随扫描速度降低而增大,当扫描速度为800 mm/s时抗拉强度最高可达371 MPa,固定此扫描速度,抗拉强度随着功率增大而增大;试样的断裂方式为准解理断裂;保持激光能量密度不变,采用高功率、高扫描速度(320 W,1 600 mm/s)成型的试样抗拉强度更大,达到451 MPa。     

低渗透油藏重复压裂裂缝转向数值模拟研究

为研究重复压裂裂缝转向的扩展机理，利用有限元软件COMSOL对储层原始水平地应力差、初始人工裂缝缝长进行研究分析。研究结果表明:初始储层水平地应力差越大，重复压裂新裂缝的转向距离及半径越小;初始人工裂缝缝长越大，产生的诱导应力对井筒周围应力场分布影响越强，重复压裂裂缝的转向半径越大。     

工艺参数对45钢激光表面强化组织与性能的影响

通过改变激光功率和扫描速度等参数,研究其对45钢激光表面强化组织与性能的影响。实验结果表明,单道扫描时,当保持扫描速度v为15mm/s时,增加激光功率P,可增加硬化层的深度,最大深度可达1.5mm以上。另外,P/v比值越大,硬化层深度越大;而当P/v比值保持不变时,硬化层深度随着激光功率的增加而增加,其中激光功率从1.2kW到1.8kW时,硬化层深度值增加较快;当激光功率大于1.8kW后,深度值的增长随功率增加变缓;而且硬化层的硬度都达到700HV以上,远高于基体的硬度。在激光多道搭接扫描时,激光能量的再次输入会导致靠近搭接区的前一道硬化层产生回火软化,其硬度接近基体的硬度。     

塑封分立器金线偏移失效行为分析

为研究塑封分立器金线偏移导致金线断路失效问题,通过Moldflow数值模拟对金线偏移进行分析和预测,以金线偏移程度最小为最优目标,对工艺参数进行试验设计(DOE).试验得出金线偏移影响程度为充填时间＞模具温度＞传递压力.仿真结果得出:金线直径越小,金线偏移程度越大,金线离浇口位置越近,金线偏移程度越大;熔体充填阶段金线剪切应力必须小于剥离应力才不会发生熔体冲断金线现象.在应用最佳工艺参数后,塑封体X线检测结果显示,金线偏移量小,未发生金线冲断现象.     

激光熔覆钴基合金的光学检测实验研究

为了直观地表达熔池几何特征参数,分析不同工艺参数下熔池的变化特征,提高熔覆质量,针对激光熔覆系统建立了熔池监测系统,对图像处理后,获得熔池的面积,同时对熔覆后的熔覆带界面进行考察。利用该监测系统研究了不同激光功率、扫描速度、预置粉末厚度下,熔池面积、稀释率以及热影响区深度的变化规律。结果表明,熔池面积、热影响区深度以及熔覆带稀释率都随激光功率的增大而增大,随扫描速度的增大而减小。随预置粉末厚度的增大,熔池面积增大,但稀释率和热影响区反而减小。通过对熔池以及熔覆带界面的检测和观察,为提升熔覆质量、保证工艺稳定提供了理论依据。     

钠钙玻璃板激光热应力切割过程的有限元仿真

为了使脆性材料板的激光热应力切割得以完成并提高切割质量，提出了一种切割过程的仿真方法.
利用有限元法分析玻璃板在激光扫描过程中的瞬态热传导，求得瞬态温度场.按热弹性平面应力理论分析
热应力场，并采用最大切向应力准则和节点松弛法模拟板材的开裂.通过该仿真方法分析了钠钙玻璃板的
切割过程，根据所导致的温度最高值和板材的开裂情况，研究了激光功率和激光扫描速度这两个关键参数
对切割的影响，并给出了可完成连续切割的参数范围.仿真结果表明，该方法可以对激光功率和扫描速度
等激光参数进行优化调节，从而改善切割的质量.     

基于XFEM的再生复合路面反射裂缝扩展研究

为了探究裂缝扩展路径及在不同条件下的扩展规律,该文基于ABAQUS软件中扩展有限元方法(extended finite element method, XFEM)模拟分析沥青混凝土半圆弯曲断裂试验中的裂缝扩展规律。通过对比他人试验及数值模型数据,验证了基于XFEM的有限元模型分析裂缝扩展的有效性。此外,该文建立干法油石分离再生复合路面二维模型,研究模型中施工缝宽度、预埋裂缝长度、偏转角及预设位置对裂缝尖端应力影响,结果表明尖端应力随着裂缝长度、偏转角增加而增大,而随着施工缝宽度增大呈现先减小后增大趋势,随着偏移距离变大则先增大后减小。该文研究结果有助于复合路面反射裂缝定量分析与表征,为复合路面设计及后期养护提供了参考与依据。