脉冲激光辐照皮肤组织的热效应解析计算研究

具有一定强度的激光辐照皮肤组织时可造成组织的破坏.建立了激光与皮肤组织相互作用的二维非稳态温度场模型,在柱坐标系下采用积分变换法精确求解了单脉冲及多脉冲激光辐照皮肤组织的热传导方程,得到瞬态温度场分布,并以1064 nm波长激光辐照皮肤组织为例,数值模拟了皮肤组织在激光作用下的温度分布.研究结果表明:脉冲激光与组织的热效应在很大程度上取决于激光参数,主要有激光能量、焦斑半径、重复频率等.     

连续激光辐照皮肤组织的热效应解析计算研究

具有一定强度的激光辐照皮肤组织时可造成组织的破坏。建立了激光与皮肤组织相互作用的二维非稳态温度场模型,在柱坐标系下采用积分变换法精确求解了平顶和高斯分布的连续激光辐照皮肤组织的热传导方程,得到瞬态温度场分布,并以氦氖激光辐照皮肤组织为例,数值模拟了皮肤组织在激光作用下的温度分布。研究结果表明：皮肤组织径向温度分布与入射激光光束的光强分布相似,激光与组织热效应在很大程度上取决于激光参数,主要有激光功率、焦斑半径等。     

脉冲激光辐照皮肤组织的热效应数值模拟研究

具有一定强度的激光辐照皮肤组织时可造成组织的破坏.本文建立了激光辐照皮肤组织的二维热效应模型,并在柱坐标系下精确求解了高斯分布的激光脉冲辐照皮肤组织的热传导方程,得到瞬态温度场分布.研究结果表明:脉冲激光对皮肤组织的热损伤,最早发生在光束中心处,并沿着径向和轴向衰减,当脉冲激光辐照后一段时间,温度达到最大值时并不是发生在脉冲结束时,而是在脉冲结束后的一段时间内.脉冲激光辐照皮肤组织,激光能量密度起着决定性因素,焦斑半径也是影响作用效果的一个非常重要的参数.     

激光辐照皮肤组织的光子传输解析计算研究

建立了激光与皮肤组织相互作用的二维非稳态光场模型,在柱坐标系下采用漫射近似法和格林函数法精确求解了高斯和平顶分布的连续激光辐照皮肤组织的光传输方程,得到瞬态光场分布,并以氦氖激光辐照皮肤组织为例,数值模拟了皮肤组织在激光作用下的光分布。研究结果表明：皮肤组织径向光分布规律与入射激光束的光强分布相似,激光与组织光效应在很大程度上取决于激光参数,主要有激光功率、焦斑半径等。     

多脉冲激光辐照皮肤组织的光热效应实验研究

通过实验测定了离体乳猪皮肤组织在多脉冲Nd:YAG激光辐照下径向和轴向不同位置的温度分布,重点研究了激光辐照能量密度、脉冲重复频率以及波长对皮肤组织温升分布的影响.研究结果表明:皮肤组织中的温度分布与探测位置、激光辐照能量密度、脉冲激光的重复频率以及波长密切相关;在激光辐照时间为40 s的情况下,同一波长同一频率时组织温度随能量密度的增加而增大,波长1064 nm、霞复频率10 Hz时的安全光剂量阈值为1118.19 mJ/cm2;同一波长同一能量密度时,组织温度随脉冲激光重复频率的增加面增大;同一能量密度同一频率时,波长为1 064 nm的多脉冲激光辐照皮肤组织时的光热效应较532 nm波长明显.     

不同形状连续激光辐照皮肤组织温度场数值模拟

本文基于生物组织热传导方程,分析了连续平顶型激光和连续高斯型激光辐照皮肤组织的热传递规律,建立了更为接近细胞尺寸的三层皮肤组织模型,采用有限元方法对两种不同形状激光作用于皮肤组织时产生的温升情况进行了数值模拟,仿真研究了不同作用时间、不同表面距离和不同深度的皮肤组织温度场分布。结果表明,相同条件下,由连续平顶型激光在组织内部产生的最高温度明显小于高斯型的,主要原因是平顶型激光能量分散,而高斯型能量相对集中。连续高斯型激光辐照组织后产生的温升区域面积和穿透深度均较大,撤去激光后达到初始温度的冷却时间也相应较长。     

激光辐照皮肤组织模拟液的光子传输实验研究

通过实验测定了皮肤组织模拟液在632.8nm连续氦氖激光辐照下透射光场的光强分布,重点研究了模拟液浓度和容器厚度对光分布的影响.研究结果表明:皮肤组织模拟液透射光强与溶液浓度以及厚度密切相关;组织对激光的吸收和散射作用使得光强度下降;透射光强最高点在辐照中心处,并沿着径向衰减.     

球墨铸铁激光表面淬火硬化深度的解析计算

为了简单快速地得到激光表面淬火的硬化深度,利用激光加热过程中的半无限体表面点热源热扩散公式,在分析激光表面淬火相变硬化基本规律的基础上,对激光表面淬火硬化层深度的解析计算公式进行了推导和试验验证,并取得了较为理想的数据。结果表明,在现有试验条件下该计算方法是高效和正确的。     

激光辐照活体皮肤层状组织的光热作用数值模拟研究

具有一定强度的激光辐照皮肤组织时可造成组织的破坏.本文基于激光与生物组织相互作用的机理,建立了激光辐照皮肤三层组织的二维传热模型.在Pennes生物传热方程中采用更能反映活体组织真实情况的血液灌注率,并用有限元法数值模拟了所引起的温度场变化.研究结果表明激光对活体皮肤组织的热损伤最早发生在光束中心处,并沿着径向和轴向衰减,活体组织热物性的非均匀性考虑与否会对结果产生很大影响.     

低水平CO2激光照射皮肤热效应的剂量推算

本文从平面半无界一维有源热扩散方程和生化反应速率方程导出了CO2激光散焦照射皮肤组织允许的最大激光剂量,分析了激光剂量、温升和生化反应速度之间的关系;最后探讨了CO2激光热效应对开放性创伤组织的作用机理。     

强激光对离体皮肤组织热损伤的模拟与实验研究

基于激光与生物组织相互作用的机理,建立了强激光辐照离体人皮肤组织的二维传热模型.对于Pennes生物传热方程,使用有限元法数值模拟了温度场分布.并利用连续激光对离体人皮肤组织进行辐照实验研究.实验表明:当激光辐照时间为6.83s时,皮肤组织发生热致汽化;当辐照时间为11.20s时,组织发生热致炭化;当辐照时间为25.30s时,组织发生热致燃烧,理论分析与实验结果相符.     

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。     

激光窗口材料热应力分析研究

利用有限Hankel变换就常见的环形分布激光束情形,推导得到了激光束辐照透过窗口镜引起热传导温度场和热变形分布的理论解,通过分析白宝石、石英两种窗口材料的热变形分布,结果表明,材料的热膨胀系数和热扩散率分别是决定热变形量大小和空间分布的决定性因素.     

重复脉冲激光作用下钢靶动态热响应数值模拟

用有限元方法对３０ＣｒＭｎＳｉＡ合金钢材料受重复频率ＹＡＧ（ＲＰＹＡＧ）激光辐照下，材料前、后表面及内部温度分布进行了二维模拟计算。结果表明。在激光作用下，钢材料的温升随激光脉冲周期振荡逐次上升，这种特性随靶内距激光作用中心距离的增大而不明显。实验记录了一个平均的温升效果，与模拟计算的平均效果符合。     

激光烧结陶瓷温度场的数值模拟

根据热传导理论，推导出了激光烧结陶瓷过程中的热传导方程;并采用数值模拟的方法，编写了基于有限差分法的计算机程序。在此基础上，分别模拟计算了在各种不同的烧结工艺条件下，CO2激光辐照Al2O3陶瓷的温度场,结果表明,采用激光辐照的办法烧结陶瓷可以使陶瓷在短时间内达到很高的温度。此外，还计算了烧结过程中材料的温度随空间的变化曲线,结果表明,平行于激光辐照方向的温度梯度大小不随烧结时间变化而只与激光功率有关，激光功率越大温度梯度越大。研究还发现：垂直激光辐照方向的温度梯度的大小取决于激光束的功率密度分布和光斑大小。     

金属粉末的直接选区激光烧结温度场数值模拟

金属粉末的直接选区激光烧结(DMLS)过程中存在着相变潜热,在考虑相变潜热的作用下,基于金属粉末烧结成形建立了一种三维的瞬态有限元模型,该模型还考虑了随温度变化而变化的热传导、自然对流和辐射的影响。采用ANSYS参数化设计语言处理移动热源,用焓处理相变潜热的影响。以25号钢粉末为烧结材料进行了数值模拟,模拟结果表明：激光烧结过程中,在光斑中心的前端存在着极大的温度梯度;光斑中心的温度高于金属粉末的熔点,烧结过程中存在液相。