激光辐照下金属圆板温升的数值模拟研究

根据实验测量得到的钢靶表面能量耦合系数随温度的变化规律,使用两种不同的数值计算方法计算了连续激光辐照下45#钢靶的温升过程。结果表明,在ANSYS有限元软件中可以使用生热率载荷来模拟材料表面能量耦合系数随温度变化的问题,实际应用中必须考虑能量耦合系数随温度的变化才能准确估计目标的温度场演化规律,本文的计算方法可以推广至三维情形。     

碳纤维增强环氧树脂复合材料在切向气流和激光作用下的损伤

实验研究了靶板表面有0.4 Mach(1 Mach=340 m/s)切向空气气流、0.4 Mach切向氮气气流和无气流时,976 nm连续激光对碳纤维增强E-51环氧树脂复合材料的辐照效应,得到了该材料在不同功率密度下的烧蚀规律.实验结果表明:当样品发生剧烈热分解时,随热分解气体流出边界的固体颗粒对入射激光有屏蔽作用;切向气流一方面可以减弱这种屏蔽作用,有利于辐照区的烧蚀,另一方面对样品有冷却作用,不利于烧蚀;相比于氮气流,空气流有助于产物的燃烧,对下游附近区域产生明显的加热作用;切向空气气流的加载会明显提高扩散到样品表面的氧气浓度,导致碳纤维发生氧化烧蚀;三种气流状态下,当入射激光功率密度在100～800W/cm2范围内,随着功率密度的增大,激光能量的利用效率逐渐降低.     

脉冲激光烧蚀铝合金靶的实验研究与数值模拟

通过实验测量与数值模拟的紧密结合,研究了毫秒级脉冲激光对铝合金板的烧蚀效应。实验研究方面,测量了1053 nm固体脉冲激光辐照下,铝合金单板的烧蚀过程及温升规律。数值模拟方面,采用完全喷射烧蚀模型,建立了金属靶温度变化及烧蚀的数值模型。数值模拟结果与实验结果相符较好,表明所建立的二维轴对称烧蚀模型可以近似描述实验中的烧蚀效应。本文建立的数值模型亦可推广至三维情形。     

射流式碳化硅水冷镜数值模拟

将射流水冷技术应用到高能激光器反射镜的冷却中,设计了射流式碳化硅水冷镜。利用通用有限元分析软件ANSYS的流体分析模块FLOTRAN,建立了流体对流换热系数和压力计算的二维模型,在验证模型可靠性的基础上计算了一定参数下的换热系数和压力分布。利用ANSYS中的多物理场分析模块,建立了水冷镜形变计算的三维模型,计算了相应的镜体温度和形变分布,比较了不同材料和不同类型水冷镜的性能。计算结果表明,射流式碳化硅水冷镜可以获得很小的镜面形变,同时具有结构简单、冷却均匀性好、抗压性好等优点,在高能激光器中具有较广阔的应用前景。     

脉冲激光辐照下金属/液体结构温度变化初探

通过1053 nm重频脉冲激光辐照铝合金板和铝合金/水结构实验,初步研究了水的存在对铝合金板温度变化的影响。采用有限元方法,计算了脉冲激光辐照下铝合金板和铝合金/水结构中的温度场变化。数值结果和实验结果基本相符,水的存在加速了热扩散,延缓了铝合金板的温升。     

碳纤维增强环氧树脂复合材料在切向气流和激光作用下的损伤

实验研究了靶板表面有0.4 Mach(1 Mach=340 m/s)切向空气气流、 0.4 Mach切向氮气气流和无气流时, 976 nm连续激光对碳纤维增强E-51环氧树脂复合材料的辐照效应, 得到了该材料在不同功率密度下的烧蚀规律。实验结果表明: 当样品发生剧烈热分解时, 随热分解气体流出边界的固体颗粒对入射激光有屏蔽作用; 切向气流一方面可以减弱这种屏蔽作用, 有利于辐照区的烧蚀, 另一方面对样品有冷却作用, 不利于烧蚀; 相比于氮气流, 空气流有助于产物的燃烧, 对下游附近区域产生明显的加热作用; 切向空气气流的加载会明显提高扩散到样品表面的氧气浓度, 导致碳纤维发生氧化烧蚀; 三种气流状态下, 当入射激光功率密度在100～800 W/cm²范围内, 随着功率密度的增大, 激光能量的利用效率逐渐降低。     

组合激光辐照Q235钢靶的实验研究

基于组合激光的新概念,采用1053nm脉冲激光、1064nm重频激光,实验上研究了组合激光对Q235钢靶的辐照效应.表面能谱分析和表面反射率测量结果表明:随着1053nm激光对钢靶辐照脉冲数目的增多,表面逐渐氧化,导致表面反射率降低;辐照脉冲数目增大到一定程度后,氧化反应完全,反射率不再发生明显变化.1064nm激光辐...     

切向气流作用下激光对薄铝板辐照效应的初步研究

采用实验测量与数值模拟相结合的方法研究了切向表面气流环境中激光对薄铝板的辐照效应。实验结果表明:相同速度的氮气流和空气流中,铝板温度曲线相似,说明对于铝这种材料而言,空气流的氧化烧蚀几乎不能进行。无切向气流时,辐照过程中相同时刻铝板的温升及铝板达到的最高温度都高于氮气流和空气流情形。三种环境中,铝板中心位移的变化趋势同温度的变化趋势相同,说明激光加热产生的热应力是铝板形变的主要原因,切向气流不起主导作用。利用有限元分析软件ANSYS数值模拟了铝板温度场及形变的演化过程,分析了激光功率分布和对流换热对结果的影响,数值模拟结果同实验符合地较好。研究结果表明:在较低激光功率密度条件下,切向气流主要通过对流换热对铝板起冷却作用,尤其在激光辐照停止后的降温阶段,其作用更加明显。     

气流环境中激光烧蚀铝靶的数值模拟研究

建立了切向气流环境中连续激光烧蚀金属靶的二维轴对称物理模型,利用有限元软件ANSYS中的参数化设计语言APDL编制程序进行数值求解,使用“杀死”单元的方法实现靶目标边界退移的烧蚀和热传导耦合计算,从而对烧蚀尺寸的变化给出了定量描述。计算结果表明,相比于均匀分布,当激光呈高斯分布时,目标靶中心能够得到更高的温升,也就更容易发生烧蚀,靶的熔穿时间也就越短。本文建立的模型可以方便地推广至三维情形。     

2DPIV技术在激光辐照液体贮箱中的应用

日常应用及工程测绘中经常需要扫描采集大幅平面图像, 针对普通的图像扫描仪或者数码相机等图像采集设备很难满足要求或者无法实现的问题, 系统地介绍了一种基于WiFi无线传输的平面图像数据采集技术, 该系统主要由图像采集处理、WiFi传输、接收端图像拼接三部分构成, 利用多种传感器的数据融合实现了上述功能, 可以很好地解决大幅图像采集、拼接显示等问题。该系统构造简单, 应用范围广, 传输可靠, 适合于需要进行无线图像采集的多种场合应用。