激光线源作用于铝管产生温度场梯度的有限元分析

用有限元方法数值分析了激光线源作用于铝管时产生的温度场梯度,给出了不同时刻切向和法向温度梯度等值线分布。数值结果表明:材料内部温度分布极不均匀,产生很大的温度梯度;切向温度梯度沿径向在样品的表面区域达到最大,沿周向在激光强度的空间分布变化最明显的位置值最大;法向温度梯度的最大值点沿径向随时间推移逐渐向材料内部移,沿周向在激光线源中心处最大。     

激光作用于圆管产生瞬态温度场的数值模拟

用有限元方法数值模拟了脉冲激光作用于管状材料时产生的温升情况。有限元模型考虑了激光作用过程中的热物理参数随温度变化的特性,得到了材料中各个点的瞬态温度场,也得到了有温升的范围,并给出了温度随径向和周向的分布曲线,为热弹条件下激光激发管状材料中超声导波的研究提供了定量基础。     

激光激发板状材料中超声导波的有限元数值模拟

材料表面吸收激光辐照的能量后，产生瞬态温度场，引起表面层的局部热膨胀，产生超声波沿不同方向传播。激光超声具有非接触、宽频带、多模态的特点，提供了材料的弹性性质和材料无损检测的有效手段。考虑激光作用过程中材料热物理参数随温度变化的特性，用有限元方法数值模拟激光在板状材料中激发瞬态温度场，建立热弹机制下超声导波的产生和传播的有限元模型。数值模拟的结果表明：材料中瞬态温度场分布在材料的表面层的非常小的区域，温升区域是产生超声的体源。分析近场和远场接收的超声导波的表面波形的传播特征，讨论激光输入参数和激光产生超声波特征之间的关系，为热弹条件下材料性能的激光超声检测提供了定量的基础。     

薄板表面激光处理温度场有限元计算及半解析模拟

建立了计算材料表面激光热处理温度场有限元程序,以薄板为例讨论了边界条件的选取,研究了激光功率和工件移动速度对温度场的影响并与半解计算进行了比较。     

聚氯乙烯激光透射焊接温度场的有限元模拟

使用ANSYS软件,建立了使用激光透射焊接技术焊接透明聚氯乙烯(PVC)的三维有限元热分析模型.利用APDL编程实现高斯型热源的动态加载,得到了温度场的分布;进一步分析了焊接速度、激光平均功率和光斑直径等工艺参数对焊接质量的影响,并计算出焊缝宽度.结果表明,随着焊接速度的增加,焊缝区域的最高温度逐渐降低,焊缝宽度逐渐减小;当激光平均功率增大时,焊缝区域的最高温度增高,焊缝宽度增大;而当光斑直径增大时,焊缝宽度增大,但焊缝处的最高温度有所下降.焊缝宽度计算值与实验测量值相比,二者比较吻合.     

基于有限元的脉冲激光辐照材料温度场研究

在激光超声检测过程中,为了合理加载脉冲激光的能量,以便获得幅值较大的超声波信号,同时避免脉冲激光造成材料的损伤,需要对脉冲激光辐照材料的温升进行数值计算。依据有限元理论,建立脉冲激光辐照材料的有限元模型,结合导热微分方程,将脉冲激光以热流密度的形式加载于材料表面,分析材料表层受激光辐照时的温度场,讨论有限元热分析时网格尺寸的选取对分析结果的影响。给出了材料表层受脉冲激光辐照时温度场的计算方法和网格尺寸的选择依据,并利用温度场的理论解析结果和应力场分析结果分别验证了温度场有限元计算方法的正确性和有效性。     

激光作用双层材料产生瞬态温度场的数值模拟

从经典热传导方程出发,建立了单个短脉冲激光作用双层材料的二维轴对称物理模型,在考虑材料热物理参数随温度变化的基础上,采用有限元方法模拟了材料的瞬态温度场,得到了激光作用中和作用后铝-玻璃系统的温度时空分布.数值研究结果表明,在激光作用期间,系统表面的温度分布主要取决于作用激光的能量分布特性,并且金属材料的趋肤效应导致系统在厚度方向的温升范围很浅;在激光作用后,系统内部的热量在热传导作用下从高温区移向低温区,并且厚度方向的温升范围随着表面温度降低而不断扩大,但由于铝的热传导系数比玻璃大得多,所以温升主要停留在铝膜层.     

金属材料脉冲激光辐照瞬态温度场数值模拟研究

为了研究脉冲激光辐照金属材料时温度场的变化,采用有限元模拟软件对激光辐照材料的过程进行了模拟。得到了激光辐照过程中,材料表层及内部的瞬态温度场的变化情况。结果表明,在脉冲激光辐照金属材料过程中,激光热作用时间很短,热影响区仅限于激光光斑作用区域的材料表层。     

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。     

Finite element analysis of temperature controlled coagulation inlaser irradiated tissue

The theoretical study of thermal damage processes in laser irradiated tissue provides further insight into the design of optimal coagulation procedures. Controlled laser coagulation of tissue was studied theoretically using a finite element method with a modulating laser heat source to simulate feedback controlled laser delivery with a constant surface temperature. The effects of uncertainty in scattering and absorption properties of the tissue, thermal denaturation induced changes in optical properties, and surface convection were analyzed. Compared to a single pulse CW irradiation in which a doctor would presumably stop CW laser delivery after noticing some effect such as vaporization or carbonization, the constant surface temperature scenario provided a better overall control over the coagulation process. In particular, prediction of coagulative damage in a constant temperature scenario was less sensitive to uncertainties in optical properties and their dynamic changes during the course of coagulation. Also, subsurface overheating under surface convective conditions could be compensated for under constant temperature irradiation by lowering the surface temperature     

激光辐照飞行靶三维温度场数值模拟

以地基激光辐照飞行靶为研究背景,建立激光迎面辐照和横向辐照靶目标两种交汇场景,考虑激光辐照面域和功率密度分布随靶目标飞行的变化,求解激光辐照参数,建立热传导模型;利用有限容积法,得到飞行靶三维温度场的数值解,分析目标运动性对温度场分布的影响。不同于激光辐照静止目标,辐照参数变化对温度场分布有较大的影响:随着靶目标的飞行,辐照面积逐渐减小,平均功率密度逐渐增加,目标温升速率不断增加;光束与靶目标夹角的变化,引起光束强度空间分布的变化,从而影响温升区域的变化。     

激光烧结Si／Fe混合粉末材料的温度场有限元模拟

利用ANSYS工具建立了选择性激光烧结热电功能材料β-FeSi2的三维瞬态温度场有限元模型,模型中考虑了混合材料热物性参数随温度与孔隙率的变化和材料相变过程对温度场的影响。系统分析了选择性激光烧结二元粉末内部温度场随时间和空间的变化规律,通过该有限元模型可以分析二元粉末激光烧结过程中激光热能在粉床内部的传输规律。模拟结果表明,随烧结深度增加,粉床内部温度和温度梯度迅速衰减,粉床内部温度场在深度方向呈漏斗状梯度分布,粉层内部热影响区域最深的位置滞后于激光束中心。在已烧结区域,粉层内部存在一个均匀分布的高温体积区间。对此粉层区域温度的研究将为实验中控制烧结材料相变过程与性能提供依据。     

脉冲激光辐照金属板温度场应力场数值分析

为了研究脉冲激光加热金属板的温度场和应力场的特点,基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,对脉冲激光扫描过程中金属板的温度场和应力场进行了3维数值模拟,得到了温度场与应力场在时间和空间上的分布和变化规律。结果表明,在脉冲激光扫描加热作用下,金属表面发生多次熔化和凝固,温度时间曲线呈锯齿形;重熔区域应力场变化剧烈,随间歇的激光脉冲发生强烈的拉-压应力波动;金属基体冷却后在重熔区域留有高值残余拉应力,纵向应力达799MPa,横向应力达700MPa。     

液晶显示玻璃基板激光切割热应力场的有限元仿真

激光切割玻璃基板是一个复杂的激光与材料相互作用的过程。为了掌握切割过程中热应力场的动态分布,提高切割质量,提出了一种热应力场的仿真方法。在有限元软件Ansys环境下,建立了三维液晶显示玻璃基板激光切割热应力场的有限元分析模型。采用间接法方式对温度场和热应力场进行耦合;通过APDL参数化编程语言,实现了对激光移动热源及射流冲击换热模型的仿真。仿真结果表明:在切割过程中,激光照射区内表现为压应力,压应力最大值出现在热源中心处;在激光光斑前、后一段距离内及冷却点附近均表现为拉应力。增大冷却效果及减小冷却点与激光光斑间的距离,均可增大拉应力δy的值。     

激光辐照下金属/炸药结构三维温度场的数值模拟

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,考虑金属材料的物性参数随温度的变化及表面发生的熔凝过程,建立了连续激光作用下金属/炸药结构内部三维温度场分布的有限元计算模型,分析了金属壳体厚度对计算结果的影响及炸药热爆炸的可能性.计算结果表明,金属壳体越厚,炸药能够获得的温升越小,其热引爆也就越发困难.在有限的...     

高斯激光辐照焦平面探测器温度场分析与仿真

为了研究激光辐照焦平面探测器的温度效应,采用ANSYS有限元软件建立高斯脉冲激光辐照锑化铟红外焦平面探测器的3维结构分析模型,并对该探测器3维温度场效应进行了研究。结果表明,激光辐照下,探测器最大温度出现在最上层的锑化铟芯片上,探测器最大温度达到锑化铟芯片熔点温度798K时,将会引起探测器的热熔融损伤,且熔融损伤阈值受到脉宽、光斑半径等激光参量的影响;高斯脉冲激光辐照下,探测器中各层材料的温度场分布呈现出非连续的高温极值区域,其主要原因是位于锑化铟红外焦平面探测器中间层相间分布的铟柱和底充胶具有迥异的热学性质,并且造成探测器温度场云图中锑化铟芯片、底充胶与硅读出电路高温极值区域形成类似于互补的高温分布。这为进一步研究温升效应引起的应力场分布、提高探测器激光防护性能提供了重要的理论分析依据。     

Finite element method applied to stress simulation of high power 980nm pump lasers

A three dimensional analysis on stress and strain in the central and in the mirror area of a InGaAs---GaAs ridge laser diode structure is presented. The analysis is based on a finite element method model, which couples thermal behaviour of laser to its mechanical structure. The impact of process parameters on reliability of device is discussed, and results are given for process and operation induced stress.     

立式MOCVD反应室感应加热温度场的有限元分析*

The temperature field in the vertical metalorganic chemical vapor deposition （MOCVD） reactor chamber used for the growth of GaN materials is studied using the finite element analysis method （FEM）. The effects of the relative position between the coils and the middle section of the susceptor, the radius of the coil, and the height of the susceptor on heating condition are analyzed. All simulation results indicate that the highest heating efficiency can be obtained under the conditions that the coil distributes symmetrically in the middle section of the susceptor and the ratio of the height of the susceptor to that of the coil is three-quarters. Furthermore, the heating efficiency is inversely proportional to the radius of the coil.     

Finite element modeling in surgery simulation

Modeling the deformation of human organs for surgery simulation systems has turned out to be quite a challenge. Not only is very little known about the physical properties of general human tissue but in addition, most conventional modeling techniques are not applicable because of the timing requirements of simulation systems. To produce a video-like visualization of a deforming organ, the deformation must be determined at rates of 10-20 times/s. In the fields of elasticity and related modeling paradigms, the main interest has been the development of accurate mathematical models. The speed of these models has been a secondary interest. But for surgery simulation systems, the priorities are reversed. The main interest is the speed and robustness of the models, and accuracy is of less concern. Recent years have seen the development of different practical modeling techniques that take into account the reversed priorities and can be used in practice for real-time modeling of deformable organs. The paper discusses some of these new techniques in the reference frame of finite element models. In particular, it builds on the recent work by the author on fast finite element models and discusses the advantages and disadvantages of these models in comparison to previous models