基于响应面法的离体皮肤组织激光融合切口性能多元非线性回归模型

基于响应面法设计方法对离体皮肤组织进行脉冲激光焊接实验,获得了组织切口的抗张强度和峰值温度数据;在单因子实验的基础上,以激光功率、光斑移动速率、激光频率作为3个影响因子,建立多元非线性数学回归模型,通过方差分析和回归分析得出该回归模型的相关系数:切口抗张强度的相关系数为0.9131,切口峰值温度的相关系数为0.9985。模型分析结果表明:激光功率、光斑移动速率和激光频率3个因素的主效应和交互作用对切口性能具有很大影响,对切口抗张强度影响最大的主效应为激光功率,交互效应为激光功率与光斑移动速率;对切口峰值温度影响最大的主效应为激光功率,交互效应为激光功率与光斑移动速率、激光功率与激光频率、光斑移动速率与激光频率。最后依据回归模型得出了最优激光工艺参数组合,回归模型预测响应值与实验结果相吻合,且切口强度满足要求。     

脉冲激光烧蚀凹腔的实验分析及数值模拟

为分析脉冲个数对烧蚀凹腔形貌的影响,利用纳秒脉冲激光在灰铸铁表面加工微凹腔造型,分析了凹腔相貌与脉冲个数的关系.在低于10个脉冲的作用下,凹腔深度随脉冲数的增加近似呈线性增长,之后,凹腔深度随脉冲数增加的增长趋势逐渐变缓,凹腔直径随着脉冲个数的增加会有所增大,但增大幅度很小.当脉冲个数大于15以后,由于凹腔较深,熔融的金属难以喷溅出凹腔,导致加工质量较差.凹腔直径随着脉冲个数的增加会有所增大,但增大幅度很小.对加工过程的温度场进行数值模拟,得到了烧蚀过程中温度的变化曲线和凹腔相貌的变化规律.将模拟得到的凹腔深度与实验结果相比较,两者基本吻合,验证了模型的合理性.     

肝组织激光间质热疗温度与热损伤区域研究

基于光子传输理论,首先采用蒙特卡罗方法和Pennes生物传热方程模拟了肝组织激光间质热疗在不同功率不同加热时间下的温度分布,然后进行相应参数下的猪肝离体实验,获取相应的中心温度和热损伤区域大小,最后对理论模拟与离体实验的结果进行对比。对比结果表明:离体实验的中心最高温度低于对应的理论模拟值,理论模拟的53 ℃温度等高线椭圆长、短轴能较好的预测实际的热损伤区域大小。     

CO2激光诱导生物组织光热效应的实验与理论研究

结合温度实验和理论计算,进行了C02激光与3种离体猪肉组织光热效应的比较研究。采用微型热电偶探针测量不同激光功率照射下组织的内部温度,采用二维有限元法（FEM）求解生物热传输方程,理论计算与实验条件相同。组织温度与激光照射时间和探针位置密切相关,根据所测温度曲线上升时间精确确定激光照射时间,根据实验和计算曲线的相似性确...     

脉冲式Ho:YAG激光作用于犬食管热凝固效应的实验研究

本文研究了功率、照射时间、脉冲能量、脉冲频率等激光参数对Ｈｏ：ＹＡＧ激光热凝固效应的影响,以犬食管作为实验对象,以不同功率、不同时间照射食管粘膜;对相同功率,又分为高脉冲能量低脉冲频率（Ｈ）组和低脉冲能量高脉冲频率（Ｌ）组进行配对研究,观察不同激光参数热凝固作用的差异。结果显示：脉冲式Ｈｏ：ＹＡＧ激光表面热凝固作用与功率和照射时间成正相关;Ｈ组热凝固作用小于Ｌ组。     

不同脉冲激光功率下生物组织温度场数值仿真研究

激光以其优异的性能广泛应用于医学和军事领域。为有效防护激光过度损伤,需研究激光与生物组织的热作用机理。本文分析了激光与生物组织作用的热传递数学模型,讨论了组织的边界条件,建立了皮肤生物组织的三层有限元网格模型,给出了采用ANSYS软件进行组织温度场求解的流程,数值仿真研究了不同功率脉冲激光在皮肤组织内部产生的温度场特性,得出了组织内部不同径向长度、轴向深度在不同时刻下的温度场变化趋势。结果表明,激光功率几何倍增时,组织内部的最大温升呈几何倍增趋势;条件一定时,组织温升区域不随激光功率变化而变化。随着激光功率增加,生物组织表层温度变化的剧烈程度增大,而内部温度变化的剧烈程度较小,且随着轴向深度增加,组织内部温度逐渐呈线性趋势。     

全尺寸目标激光脉冲后向散射回波功率测定和建模

运用粗糙面散射、激光脉冲散射理论,结合复杂目标粗糙表面相关建模参数,建立用于计算全尺寸复杂目标激光脉冲后向散射功率的理论模型.实验测量一种空中缩比目标模型后向散射激光脉冲回波功率,获取该缩比目标激光脉冲后向散射功率随接受天顶角的变化曲线.比较理论建模与实验测量数据,分析实验误差,证明了该理论模型的正确性.将建立的理论模型进一步应用于计算非合作空间全尺寸目标的激光脉冲回波功率.计算结果能够预估空间目标的激光散射特征,解决一些关于空间目标激光脉冲光学特征工程的应用问题.     

Nd:YAG激光辐照牙齿的光热作用理论研究

激光辐照牙齿时所产生的温升容易引起牙髓细胞不可逆的损伤,导致牙髓细胞坏死,因此必须对相关的激光参数加以控制.建立了激光与牙齿相互作用的热传输模型,利用Crank-Nicolson有限差分法数值模拟了不同Nd:YAG激光参数照射下牙齿表面及内部的温度场的分布.计算结果表明,激光脉冲的宽度、间隔、个数决定了牙齿表面和牙髓腔壁的最终温度,将激光的总能量分配到几个脉冲之中,导致了牙齿表面温度的降低;而在牙髓腔壁出现了相反的情况,即脉冲数越多,牙齿内壁的温度也就越高.对相关的光热机理进行了探讨,提出控制单脉冲能量是光热蚀除牙齿应采用的最佳措施.     

GCr15轴承钢激光强化温度场及组织结构

应用宽带扫描技术对GCr15轴承钢进行激光强化处理实验,实测激光相变硬化区的硬度和深度.采用有限元软件对激光强化过程中的温度场进行数值模拟,数值模拟结果与实验结果符合较好.激光淬硬层显微硬度分布主要与激光加热时温度场分布有关,奥氏体化过程中渗碳体的溶解和奥氏体中碳的浓度决定了最终微观结构和表面硬度.表面温度高、奥氏体化时间相对较长及冷却速率快导致了表面的高硬度.表面最高温度接近熔化温度时,仍含有一定数量的未溶渗碳体.     

7050铝合金表面Al/Ti激光熔覆工艺实验及温度场模拟分析

在7050铝合金表面激光熔覆Al/Ti复合粉体,通过3因素3水平正交试验得知当激光功率为1.5 k W,扫描速度为150 mm/min,离焦量为50 mm时熔覆层质量最优。模拟计算得到正交试验工艺参数下的光斑中心最高温度值,并利用极差分析得到:正交试验因素对中心点最高温度值影响程度从大到小的顺序是扫描速度V,激光功率P和离焦量S。通过对9组试样熔池尺寸及不同位置点温度随时间变化趋势分析可以得到,试样前端结合较差是由于熔覆过程中基体熔池深度较小,不足以使基体与熔覆材料很好地结合;而后端都出现的不同程度的变形和烧蚀,是末端温度急剧积累引起的。通过分析Al/Ti熔覆层的金相组织可知,熔覆层组织以胞状树枝晶为主,且分布均匀细密。