目标运动对激光辐照温度场的影响

以地基激光辐照运动目标为研究背景,分析运动目标辐照参数特性对激光辐照温度场的影响。首先,在设定交互场景的基础上,求解激光辐照参数,总结运动目标激光辐照参数的特点为:平均功率密度随目标运动不断变化;辐照面域光束强度空间分布为椭圆形高斯分布;目标表面存在强制热对流。其次,利用有限容积法求解激光辐照运动目标温度场分布。最后,分析运动目标辐照参数特性对温度场分布的影响。分析结果表明:随着目标的运动,激光辐照平均功率密度不断增加,目标温升速率不断增加;激光束辐照运动目标的角度不同,辐照面域的光束强度空间分布不同,温升区域也不相同;运动目标表面存在强制热对流形式的能量交换,减缓了表面温升。     

旋转飞行靶激光辐照参数解析求解

激光辐照参数是研究激光对飞行靶目标毁伤效应的基础,主要包括辐照中心点位置、辐照面域和功率密度分布。以激光辐照水平匀速运动和抛物线运动的旋转圆柱体靶为背景,假定激光辐照飞行靶交汇场景,给出交汇目标参数,建立激光辐照交汇模型;推导出辐照中心点位置、辐照面域和功率密度分布等辐照参数的解析表达式。仿真结果表明:辐照参数是随靶目标飞行不断变化的量;激光功率密度分布为参数不断变化的三维椭圆形高斯函数;靶目标旋转会引起辐照中心点位置和辐照面域的变化,进而对温度场分布和激光毁伤效应产生一定的影响。解析求解结果为研究激光对飞行靶的辐照效应奠定了参数基础。     

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。     

强激光辐照铝靶温度分布数值模拟及实验研究

采用喷砂、磨砂、镀金表面处理工艺得到了铝靶的激光能量耦合系数。从经典傅里叶热传导方程出发,建立了强激光辐照铝靶下铝靶温度场分布数值模拟理论模型。利用有限元软件,模拟计算了连续激光辐照下铝靶的温度场分布,给出了连续均匀光斑和高斯光斑辐照下,不同表面处理工艺的铝靶所对应的最大温升。开展了铝靶强激光辐照验证实验,利用热电偶实际测量得到了辐照激光光斑中心对应的铝靶背表面最大温升,该实验结果与计算结果吻合较好。对铝靶前表面的烧蚀形貌进行了分析,与理论计算的温度场分布情况相符合,验证了数值模拟的有效性。     

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。     

切向气流下激光对旋转靶热烧蚀的数值模拟

针对连续激光辐照表面存在切向气流的旋转靶目标,数值求解温度场分布以及热烧蚀效应。首先,综合切向气流、固液相变和目标旋转的影响,给出柱坐标下三维瞬态热传导方程,建立激光对旋转靶目标的热烧蚀模型。其次,分析热烧蚀过程中,物质在固态、固液态和液态之间的转化关系,提出一种改进的“单元生死法”处理旋转烧蚀过程中的边界移动问题,并采用有限容积法数值求解热烧蚀模型。最后,数值模拟温度场分布和热烧蚀效应,分析靶目标旋转速率对温度场分布和热烧蚀效应的影响。分析结果表明:靶目标的旋转,导致最大烧蚀深度不断减小,圆柱面的烧蚀区域逐渐增加,并对温度场分布产生一定影响。     

激光辐照HgCdTe探测器的温度场数值分析

建立激光辐照下HgCdTe光电导探测器的非稳态物理模型，进行温升计算，得到温度场分布的数值解。分析瞬态温度场分布随时间变化的关系，讨论了激光辐照对探测器性能参数的影响，实践证明，本研究方法简便有效，能够对器件机理的分析提供理论依据。     

激光辐照皮肤组织的热效应解析计算研究

为了研究工作波段在近红外的激光安全问题,建立了连续激光辐照生物组织的热学模型,通过分离变量法求解热传导方程,得出了生物组织在激光辐照阶段和扩散阶段皮肤组织瞬态温度分布的精确解析解,并以氧碘激光辐照皮肤组织为例,计算了皮肤组织在激光辐照下的温度场分布。结果表明,皮肤组织温升随激光辐照时间和功率密度的增加而增加,辐照结束后,皮肤表面温度缓慢下降,深处温度先缓慢上升,再缓慢下降。分析结论与相关实验结果取得一致,证实了所建模型的合理性。该结论对于其它连续激光对物质的热损伤研究是有帮助的。     

二维情形下组合激光辐照45~#钢靶温升效应的模拟

基于组合激光的新概念,对重频激光与连续激光组合辐照下钢靶的温升进行了数值计算.根据实验测得的钢靶时1.06μm连续激光的反射率随温度的变化曲线,通过求解二维轴对称热传导方程,比较了不同组合参数下钢靶的温升以及能量利用率,分析了组合激光的优势所在.计算结果表明:平均功率密度相同时,组合激光要比连续激光的加热效率高,加热效率还与组合激光中重频激光的各种参数相关,重频激光占空比为1%且峰值功率密度保持不变时,加热效率随着重频率的减小而增高.     

不同光斑半径的连续激光作用金属靶材的温度场

采用有限元软件模拟了能量高斯分布的连续激光辐照金属靶材的温度场,分析了激光光斑半径和辐照时间对靶材温升的影响,对靶材温升速率随时间的变化情况作了探讨.结果表明:靶材升温区域主要集中在激光辐照区,温升区域随激光光斑半径和辐照时间的增大而扩大,靶材温升速率随辐照时间而变化,辐照前期,温升速度较快,辐照后期,温升速度较慢.     

连续波激光辐照半导体InSb材料的熔融破坏

采用数值方法 ,研究了半导体 In Sb材料受连续波激光辐照的熔融阈值 ,讨论了 In Sb材料的熔融阈值与入射激光波长、功率密度以及辐照时间的关系 ,同时考虑了载流子效应对靶内温升过程以及熔融阈值的影响 ,给出了材料内温度与载流子密度的瞬态分布     

工程塑料粉末激光烧结三维温度场的理论和实验研究

粉末材料激光烧结的温度场对工艺参数优化和烧结成形物质量有着直接影响。从瞬时点热源三维传热出发,建立了高斯面热源激光扫描烧结过程的非稳态导热温度场的三维解析模型,利用理论和实验相结合,计算了随温度变化的尼龙粉末的有效导热系数,给出了热扩散率与激光烧结能量的关联表达式,通过温度场的模拟和实验结果的比较,验证了模型求解及参数拟合的有效性。     

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。     

强激光与靶材相互作用的力学效应研究

根据模拟激光源加热金属材料的实验情况,考虑材料的物性参数随温度的变化,通过求解热传导方程得到各种情况下材料的温度时空分布,并利用热弹性本构方程,应变－位移关系以及应力平衡关系,建立了激光辐照金属材料时的轴对称热应力的计算模型,通过数值是到在不同激光强度辐照时靶材内不同时刻的温升分布和热应力分布,并对造成金属材料热应力损伤的激光阈值强度进行了讨论。     

移动线形激光破岩耦合场仿真分析及实验研究

将激光技术与传统钻井技术相结合以实现高效破岩在油气开采领域具有极其重要的价值与前景。目前国内对静止点光束作用于岩石的破碎规律有一定的研究,而未对移动及不同形状激光束作用于岩石的破碎规律做相关研究。本文以实际钻井工况为背景,建立线形激光能量场分布数值模型,通过传热学相关理论建立了移动线形激光温度场分布数值模型。采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对移动线形激光作用花岗岩过程进行了热力耦合瞬态仿真,得到了移动线形激光作用花岗岩温度场的分布规律,以莫尔-库伦破坏准则为依据,仿真模拟了激光热应力作用下花岗岩的破损形貌。通过实验数据与仿真结果对比,验证了移动线形激光破岩温度场分布数值模型的合理性。由激光辐照前后花岗岩密度、孔隙度、单轴抗压强度的变化程度,得到了上述参数下激光对岩石损伤的相关数据,对合理匹配激光、机械两部分相关参数提供了一定数据支撑。     

水下目标激光周向扫描探测模型与仿真分析

蓝绿激光在水下目标精细探测中具有重要的应用前景。基于端面圆周的快速数值遍历算法,通过建立扫描光束与运动目标的交会方程,对水下目标的激光扫描探测过程进行了数值建模。结果表明:目标穿越光束扫描区的最短时间并非出现在迎头相遇的交会情况中。其次,通过采用蒙特卡罗模拟,仿真分析了脉冲频率、扫描频率、扫描半角以及目标距离对探测概率的影响,并得出扫描参数的最优设计。文中建立的数值模型可为水下激光探测系统的合理设计提供理论依据。     

激光切割碳纤维复合材料的温度场仿真

为了揭示激光切割碳纤维复合材料过程中温度场的分布规律、材料对能量的吸收和传递规律以及热影响区的形成机制,采用碳纤维复合材料为研究对象,建立激光切割碳纤维复合材料的多物理场模型,计算仿真了激光切割碳纤维复合材料过程中温度场分布及激光参量对碳纤维复合材料温度和热影响区影响规律,得到了激光切割碳纤维复合材料过程中的3维温度场分布。结果表明,激光切割过程中,碳纤维复合材料表面温度场近似为椭圆形,且碳纤维复合材料中能量的传递和扩散主要沿着碳纤维铺设方向;激光功率20W、光斑半径100μm、切割速率50mm/s的激光沿垂直于碳纤维铺设方向切割时,激光光斑作用处碳纤维温度远低于树脂层温度;随着切割光斑半径和激光功率的增加,碳纤维复合材料中最高温度逐渐增加,热影响区逐渐增大;随着切割速率的增加,碳纤维复合材料中最高温度逐渐减小,热影响区逐渐变小。该研究为了解激光切割碳纤维复合材料过程中的热损伤机理及材料高质高效的加工提供了一定的理论指导。     

飞行光学导光系统中的光学理论和设计

从激光加工的角度出发，以多模激光光束传输和聚焦理论为基础，论述了飞行光学导光系统中光束变换系统的设计方法，光束质量对飞行光学导光系统的设计的影响，提出了飞行光学系统中激光光束在激光加工中的加工范围和有效焦深等新概念。