多脉冲激光辐照增透膜产生热应力的数值模拟

研究并建立了多脉冲激光辐照Al2O3增透薄膜及K9玻璃基底的物理模型,采用有限元算法求解相应的热传导方程和热应力方程,得到了材料内部热应力场分布。数值模拟结果表明,材料内部环向力起主导作用,且温度冷却时,残余环向热应力沿径向移动,在低频情况下,先发生热应力损伤的是基底,后发生热应力损伤的是薄膜。研究成果可为激光与薄膜相互作用机理以及薄膜的抗激光损伤提供一定的理论依据和指导。     

1.06μm连续激光对InSb、Si、Ge、Ni、Cu材料热损伤数值分析

针对波长1.06μm连续激光辐照InSb、Si、Ge、Ni、Cu材料的热损伤问题,开展了理论和数值模拟研究.考虑了材料的热物性参数随温度变化情况,建立了激光辐照下的二维轴对称温升模型;利用COMSOL软件分别模拟了5种材料的温升和熔融损伤阈值,比较分析了不同光强分布激光的热损伤效果.研究结果表明:相同辐照条件的激光引起5种材料的温升及损伤阈值差异,主要是由于不同材料的热物性参数和吸收系数的差异造成的,并且InSb材料相比另外4种材料的温升较高,较易发生熔融损伤;相同能量的激光辐照同一材料时,均匀分布激光引起的温升相比高斯分布的较高;相同的辐照时间,高斯分布激光的熔融损伤阈值高于均匀分布;相同的激光功率密度,均匀分布激光相比高斯分布激光最先到达熔融损伤;随着辐照时间的延长,两种光强分布激光达到熔融损伤的激光功率密度均趋于稳定.     

激光辐照金属圆柱壳体热应力分析

研究了激光辐照金属圆柱壳体的热力效应,运用有限元法计算了金属圆柱壳体三维热传导模型的温升与热应力分布,计算中考虑了材料的热学和力学性质的非线性,讨论了几个特定时刻的圆柱壳体内外表面的热应力和热变形。结果表明,光斑边缘附近区域的等效应力最大并随加载时间增加向外移动,圆柱壳体的热变形在光斑区由内表面向外凸出。     

激光辐照薄板温度场的有限元计算

激光束加热各向同性的均匀物体,通过激光能量的吸收和热扩散,引起物体边界上和内部的热流运动,使得各处的温度不同程度的上升．受到激光辐照时,材料表面或一定深度内吸收光能而转化的热量以热传导形式向内部扩散,引起材料内部的非均匀温度场．利用Marc软件和接口子程序对激光辐照的金属板材进行一系列的计算,计算结果表明,激光辐照半径越大、功率密度越高、辐照时间越长、板材厚度越小温度就越高．同时也证明了用Marc软件计算温度分布是可行的,尤其是能把薄板厚度分层来计算,并配合编写相应的接口子程序,从而有利于进一步研究关于激光辐照下的热应力、热应变的有限元分析和计算问题．     

激光损伤1064nm增透熔石英的热应力数值模拟研究

研究并建立了激光损伤1064nm增透熔石英的理论模型,采用数值模拟方法计算了1064nm增透熔石英内部的瞬态温度场和应力场分布,分析了激光对1064nm增透熔石英的损伤机理。结果表明：激光对1064nm增透熔石英的损伤存在一定的累积效应,其效果使材料的损伤程度加剧,材料内部沿径向的温度梯度较大,沿轴向产生的温度梯度较小。在应力损伤中,环向应力起主要作用。1064nm增透熔石英发生损伤时,主要从激光作用中心点或光斑半径边缘附近开始。     

不同波长激光对半导体Si表面的损伤机制

为了研究不同激光对半导体Si表面的损伤机制,实验中采用扫描电镜记录1064 nm激光和248 nm激光对单晶Si材料的表面损伤.通过比较,发现在紫外光辐照下Si表面熔融效应明显并且出现了清晰的周期性条纹.经分析认为表面损伤主要是热应力、激光自持爆轰波的冲击压力和蒸发波的反冲力所导致,损伤形貌的差异则源于材料对不同激光的吸收系数有显著差别.     

切向气流下激光辐照温度场数值模拟

以圆柱形金属/炸药结构为对象,考虑存在切向气流的情形,数值模拟激光辐照温度场分布。通过有限元的方法,得到温度场的数值模拟结果,分析气流速率对温度场分布以及炸药热爆炸的影响。分析结果表明：切向气流对激光辐照过程有冷却作用,气流速率越大,冷却效果越明显,对应炸药点温度越低,越不利于炸药的热起爆。     

热应力下组合球壳的力学分析及数值模拟

基于热弹性力学和热传导理论,对热应力作用下的两种不同弹性材料组成的复合圆球壳进行了力学分析。推导出组合球壳在变温场作用下的应力和位移的解析表达式,利用Matlab软件进行数值模拟,给出了径向应力、环向应力和位移随半径的变化曲线,研究了外界温度场、组合球体的几何参数以及材料参数等随内外球体半径变化的规律。     

HgCdTe探测器激光辐照响应机理研究进展

以光导型和光伏型HgCdTe光电探测器为研究对象,分别用连续波激光和脉冲激光开展了辐照效应实验研究。使用平衡能量流体动力学模型数值模拟了光电探测器对辐照激光的响应过程,数值模拟结果与实验结果符合较好。报道了连续波激光辐照下的热效应和脉冲激光引致的损伤效应等典型实验和数值模拟研究结果,总结了光电探测器对辐照激光的响应机理及其应用前景。     

电弧等离子体加工中温度与热应力研究

为探究电弧等离子体对熔融石英的热去除加工方法的可行性,采用有限元数值模拟分析方法建立电弧等离子体作用下熔融石英的表面温度与热应力模型,分析电弧加工参数变化对熔融石英表面温度以及热应力分布的影响。仿真分析结果表明：电弧等离子体炬产生的热量能够使得熔融石英表面温度在0.2～0.35 s内达到2 100 K至2 450 K之间,可保证被加工材料表面温度处于熔融区间,形成微流动填补质量缺陷。在工件表面驻留时间小于0.3 s时,可避免气化损伤,保证材料处于熔融态,产生的拉应力最大值为42.25 MPa,压应力最大值约为781.65 MPa,均小于损伤强度阈值。该方法可实现对熔融石英无热应力损伤的热去除加工。     

高斯长脉冲激光辐照单晶硅温度场的数值模拟

建立二维轴对称模型,通过Matlab软件对长脉冲高斯激光与单晶硅相互作用的加热过程进行数值模拟。分析不同激光功率密度和辐照时间作用下单晶硅的温度分布和温度历史, 估算单晶硅的熔融损伤阈值和热量沉积深度。结果表明:单晶硅的熔融损伤阈值的功率密度I₀=0.22 MW/cm2且激光热量沉积深度大约在1 mm范围内; 单晶硅的温度随激光功率密度和辐照时间的增加而升高,且随着光斑半径方向的延伸与靶材厚度的增加而逐渐减小; 在脉冲作用期间,硅表面中心温度迅速上升,这主要由高斯激光的能量分布特点决定; 在激光作用结束后,辐照区的热量通过热传导效应从高温区向低温区转移,单晶硅的表面中心温度随时间的增加而缓慢下降, 最后趋于室温。     

激光辐射对两种蔬菜种子活力影响的研究

采用白菜和西红柿两种蔬菜种子为材料,研究了不同功率激光以及不同激光照射时间对其种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、芽长、根长和浸泡电导率的影响.结果表明,当激光辐射时间为60s,辐射功率分别为14mW和12mW时,能够分别显著提高白菜和西红柿的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、芽长和根长,降低种子的浸泡电导率.当激光辐射功率为8mW,照射时间为150s时,同样能够显著提高白菜上述各项活力指标,降低其种子的浸泡电导率;照射时间为90s时,能够显著提高西红柿发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数,降低其种子的浸泡电导率;但抑制了芽长和根长的生长.     

微波辐射下壳聚糖降解性能的研究

采用微波辐射技术对壳聚糖进行了降解，考察了微波辐射功率、辐射时间和降解时的pH值等对低相对分子质量壳聚糖制备的影响。结果表明，壳聚糖在pH值7～8，微波功率为528W(中火)，微波辐射1．5h时，可降解得到相对分子质量小于3000的低聚壳聚糖，且重复性较好，这种产品在生物医药领域具有广阔的应用前景。     

Influence of cross correlation step length on the surface stress of thin laser cladding Fe314 alloy coatings

To measure the surface stress of thin laser cladding coatings with Rayleigh waves based on the cross correlation function, this pa-per introduced the influence of cross correlation step length on the stress measurement. Flat-shaped specimens made of laser cladding Fe314 alloy coatings were performed by static tensile tests, and Rayleigh wave signals were collected during the test process with an ultrasonic pulser and receiver instrument combined with two Rayleigh wave transducers. The difference in time of flight between two signals was de-termined based on the cross correlation function. The microstructure was observed by scanning electronic microscopy. The influence of the stress on the propagation velocity of Rayleigh waves and the relationship between the difference in time of flight and tensile stress under dif-ferent cross correlation step lengths were analyzed. The inhomogeneous deformation of the coatings affects the relationship between the dif-ference in time of flight and tensile stress; the stress measurement of the coatings is nearly constant with the increase of cross correlation step length when it attains one cycle.     

弯曲等离子体中X射线激光传播特性研究

介绍了在泵浦激光辐照弯曲靶情况下X射线激光(XRL)的生成放大过程,依照London理论建立了简化的弯曲等离子体模型,并通过简化模型研究了X射线激光在弯曲等离子体中的传播和增益过程,给出了光线传播的简化解析方程.模拟结果说明当弯曲靶表面曲率半径为2.8~3.0 m时输出效果最好,并在随后进行的类氖-钛XRL实验中证明了弯曲靶技术能明显提高XRL输出强度.但实验结果表明输出强度没有质的跃变,原因可能是驱动能量低.模拟结果较好地符合了实验结果.     

弯曲等离子体中X射线激光传播特性研究

介绍了在泵浦激光辐照弯曲靶情况下X射线激光（XRL）的生成放大过程,依照London理论建立了简化的弯曲等离子体模型,并通过简化模型研究了X射线激光在弯曲等离子体中的传播和增益过程,给出了光线传播的简化解析方程．模拟结果说明当弯曲靶表面曲率半径为2．8～3．0m时输出效果最好,并在随后进行的类氖-钛XRL实验中证明了弯曲靶技术能明显提高XRL输出强度．但实验结果表明输出强度没有质的跃变,原因可能是驱动能量低．模拟结果较好地符合了实验结果。     

快中子治癌装置中的光学准直与激光定位系统

光学准直与激光定位系统是快中子治癌裴置中的辅助设备,前者模拟中子束流轴及中子照射野,后者可清晰地显示治疗室空间两个“等中心点”的位置。该系统由5台He—Ne激光器及其辅助零、部件组成。中子,可见光分束器由薄铝制成,其反射率>70％。当光束漂移>0.3m rad时,即给出报警信号。     

不锈钢汽车排气管激光焊接残余应力

为了提高不锈钢管的冷加工成形性能,进一步优化相应焊接工艺,在对汽车排气管激光焊接温度场进行数值模拟研究的基础上,分析激光焊接汽车排气管残余应力.在考虑网格的疏密过渡以及材料力学性能参数随温度的变化条件下,分析激光焊接不锈钢管残余应力演变过程及分布特点,即滚轮挤压量越小,平均残余应力越小,但容易出现咬边和未焊透,在局部产生应力集中,更容易在焊接管冷加工时出现开裂;激光焊接线能量减小,轴向残余应力区域变窄,峰值应力增加.将激光焊接残余应力与钨极氩弧焊(TIG)+激光焊的残余应力进行对比实验,结果表明,不锈钢管TIG+激光焊残余应力与激光焊接具有相似的分布,分布区域相对变宽,焊轴向残余应力比激光焊接小,提高了焊接管冷加工成型性能.