基于MSPH方法模拟激光对树脂基复合材料的辐照效应

树脂基复合材料在激光辐照下通常会发生复杂的物理化学变化,可能涉及材料热分解、烧蚀、汽化和比较复杂的界面问题。鉴于无网格粒子法在处理大变形、网格畸变和材料烧蚀等问题时有优势,利用改进的光滑粒子方法对激光辐照下复合材料树脂基热解时的三维温度场模型进行数值求解。将数值模拟结果与实验结果进行对比,考察了改进的光滑粒子方法对所考虑问题的适用性。结果表明:改进的光滑粒子方法适合于模拟激光对树脂基复合材料的辐照效应,在激光与物质相互作用领域,该方法也是值得关注的一种数值方法。     

热分解气体对流传输对树脂基复合材料温度场的影响

用有限差分法对激光辐照下复合材料树脂基热解时的一维温度场模型进行数值求解,将数值模拟结果与相关文献中给出的实验结果进行对比.结果表明:考虑了对流传输效应的数值模拟结果比没有考虑对流传输效应的数值模拟结果与实验结果符合的更好,即热分解气体的对流传输对树脂基复合材料的温度场有较大的影响.因此,在不引入力学量的前提下,建立激光辐照下复合材料树脂基热解时的三维温度场模型时,需要考虑热分解气体的对流传输效应.     

阵列激光辐照碳纤维复合材料温度场分析

阵列激光辐照技术是实现碳纤维复合材料（CFRP）快速高效固化的有效办法,辐照区域温度场的均匀性是影响构件质量的重要因素,因此对温度场均匀性进行量化分析具有重要意义。基于阵列激光辐照原理建立了CFRP的有限元温度场分析模型并完成了实验验证,通过计算辐照区域内温度场的均匀性指数,分析了不同激光光斑间距、不同激光光斑尺寸和不同激光功率条件下温度场的变化趋势。结果表明：在单个激光光斑边长为50 mm的条件下,当激光光斑中心间距从45.0 mm增加至55.0 mm时,热影响区面积逐渐增大,均匀性指数先增大后减小,当光斑中心间距与光斑边长相等时,均匀性指数最高为0.95;当激光光斑边长从40 mm增加至60 mm时,热影响区面积逐渐增大,均匀性指数从0.92增加至0.98;当激光功率从50 W增加至250 W时,热影响区面积几乎不变,均匀性指数从0.97减小至0.93。     

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。     

超短脉冲激光精细加工芳纶纤维增强树脂基复合材料

芳纶纤维增强树脂基复合材料(aramid fiber-reinforced polymer,AFRP)具有高模量、高比强度、质量轻等优点,在航空航天领域有着重要应用。为克服AFRP机械、磨料水射流和连续激光加工中存在的拉毛、分层和热影响区(heat-affected zone,HAZ)过大等问题,开展了超短脉冲激光加工AFRP的实验研究。实验测定了AFRP样品的烧蚀阈值,讨论了脉冲通量、激光频率和扫描速度等参数对HAZ与锥度的影响。结果表明,1 030 nm、230 fs飞秒激光加工AFRP的单脉冲烧蚀阈值为0.815 3 J/cm²,脉冲累计因子为0.598 7;HAZ随脉冲通量的增大而增大,锥度随脉冲通量的增大而减小;扫描速度为500 mm/s,脉冲通量为4—6 J/cm²,脉冲频率为100—200 kHz时,可以平衡HAZ与锥度,获得HAZ≤20 μm、锥度≤2 °、内壁光滑无拉毛、分层的精密加工效果。此项研究为精密加工AFRP提供了一种可行的技术途径,具有潜在应用价值。     

氧 碘化学激光辐照纯铝的温度场数值模拟

氧碘化学激光(COIL)(波长1.315μm)辐照纯铝表面,激光束斑直径为6 mm,功率密度为10～20 kw/cm2,材料表面在激光能量作用下瞬间发生熔化.以傅里叶热传导模型为基础,利用ANSYS对化学激光与铝相互作用的过程进行模拟,得到了熔池的形貌特征及相关的温度时间关系曲线.对不同功率密度激光作用的模拟结果进行分析,并求解了纯铝熔化破坏的激光功率阈值.     

人工神经网络在激光加工温度场模拟中的应用

研究了人工神经网络在激光加工温度场模拟用的参数推算中的应用方法；并设计了相应的BP神经网络模型及软件；研究表明BP神经网络适用于对激光加工模拟的参数推算，其准确性优于回归分析法和函数插值法。     

矩形激光脉冲辐照下半导体温度场理论研究

为了研究矩形激光脉冲辐照下半导体材料3维光生载流子浓度和温度场分布,采用本征函数法求得了等离子体波和热波随时间和空间变化的解析解。数值模拟了矩形激光脉冲辐照下半导体内光生载流子浓度和温度的时间变化规律以及温度沿径向的扩散规律。结果表明,光生载流子表面复合速率、寿命和扩散系数等参量对等离子体波和热波分布的时域特性有重要的影响,特别是在等离子体波和热波阶跃响应的上升和下降沿阶段;此外,多参量拟合灵敏度以及相关性分析表明,对阶跃响应曲线进行拟合可实现对半导体参量的单参量及双参量表征。该理论结果对于利用阶跃光激励的光热技术测量半导体材料参量具有一定的指导作用。     

激光切割碳纤维复合材料的温度场仿真

为了揭示激光切割碳纤维复合材料过程中温度场的分布规律、材料对能量的吸收和传递规律以及热影响区的形成机制,采用碳纤维复合材料为研究对象,建立激光切割碳纤维复合材料的多物理场模型,计算仿真了激光切割碳纤维复合材料过程中温度场分布及激光参量对碳纤维复合材料温度和热影响区影响规律,得到了激光切割碳纤维复合材料过程中的3维温度场分布。结果表明,激光切割过程中,碳纤维复合材料表面温度场近似为椭圆形,且碳纤维复合材料中能量的传递和扩散主要沿着碳纤维铺设方向;激光功率20W、光斑半径100μm、切割速率50mm/s的激光沿垂直于碳纤维铺设方向切割时,激光光斑作用处碳纤维温度远低于树脂层温度;随着切割光斑半径和激光功率的增加,碳纤维复合材料中最高温度逐渐增加,热影响区逐渐增大;随着切割速率的增加,碳纤维复合材料中最高温度逐渐减小,热影响区逐渐变小。该研究为了解激光切割碳纤维复合材料过程中的热损伤机理及材料高质高效的加工提供了一定的理论指导。     

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。     

通过大气-海水界面的激光脉冲模拟

针对大气-海水界面对光脉冲传输的影响,利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法模拟三维海浪,从不同风级下的大气-海水界面模型得出有效波高H1／3的俯仰角期望值以及对应的反射率,并通过模拟光脉冲传输过程得出水下接收面光斑分布的统计数据。模拟结果表明:有效波高H1／3的俯仰角大约在0.5910 rad(即34°左右)时,对激光脉冲开始产生明显的影响;当风级增大到8级时,激光脉冲传输发生了剧烈的变化。     

高强度超短脉冲激光等离子体真空加热的粒子模拟

用二维多时标全电磁相对论粒子模拟程序对高强度超短脉冲激光对等离子体的真空加热机制进行了模拟研究,给出了合理的物理图像.     

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。     

基于环形光光内送粉激光熔覆温度场的数值模拟

针对"光束中空,光内送粉"的激光熔覆工艺方法,利用Ansys软件的参数化设计语言(APDL)建立了环形激光光斑连续移动加载的激光熔覆模型。通过计算该模型,可以掌握环形激光光内送粉激光熔覆过程中温度场的分布规律。计算结果表明,采用环形激光束加载时,熔池的最高温度区域的形状呈现出"马鞍形"。在基体纵切面上,熔池的高温区域分布呈不对称的"W"形,且高温区域主要分布在光斑中心往后;在基体横截面上,熔池的高温区域分布呈对称的"W"形,熔池中心温度低,两侧温度高,通过基体横断面等温线的分布能够判断熔覆层与基体的结合情况。位于扫描路径中心位置的点在激光束扫过其过程中会经历迅速升温、降温、升温、再迅速降温的急冷急热过程,且第二次升温高于第一次的温度值;位于光斑内外环之间的点在激光束扫过其过程中只有一次升温降温的过程,温度分布较均匀。     

双脉冲激光对生物组织的热和声损伤机理研究

本文从提高治疗效果减小生物组织声损伤和提高激光的能量利用率考虑,提出双脉冲治疗皮肤色素性病损的方法,并建立皮肤组织的热传导模型,对多脉冲治疗时生物组织的热损伤和声损伤进行的理论分析,表明双脉冲治疗可以提高疗效,减小生物组织的声损伤。同时,为减小组织的热损伤,脉冲间隔最小应为4倍的组织热驰豫时间。经病理实验得到验证。实验中双脉冲激光为200微秒。     

强迫对流冷却下激光窗口热效应分析

对温升引起的激光窗口热应力分布和位相变化进行了分析,以ＣａＦ２激光输出窗口为例,分别计算了表面强迫对流冷却下光强线型分布、高斯分布和均匀分布时窗口温升、相应的热应力分布和附加相移分布,讨论了光强分布对热效应的影响。     

激光对生物组织热损伤的计算机模拟

本文采用计算机模拟方法,对激光作用下生物组织热损伤的状况进行数值计算,得到了问题较 准确的稳定解。同时探讨了几个重要的参数对输出响应的影响。     

基于Abaqus圆柱圆周表面激光淬火温度场仿真

针对圆柱圆周表面激光淬火的温度场形成特点,利用Abaqus软件对其进行温度场仿真分析。通过对圆柱进行三维实体建模,细化作用面,细分作用时间步长等操作,实现了对圆柱圆周表面激光淬火的温度场瞬态形成仿真。通过对仿真所得结果进行分析,得出对于圆柱圆周表面的激光淬火温度场来说淬火路径开始区域的淬火温度比淬火路径末端区域的淬火温度小。从而说明在圆柱圆周表面激光淬火时,由于激光光斑扫描的方向是趋于已淬火区域,所以已淬火区域的残留温度会对淬火区域的基温有影响,从而使得激光淬火路径末端区域的淬火温度高。研究为利用Abaqus软件对圆柱圆周表面激光淬火温度场形成仿真分析提供了指导,对圆柱圆周表面激光淬火工艺应用于实际生产有很大的帮助。     

一种基于VC的激光远程大气传输仿真方法

给出了一种在VC中进行激光远程大气传输仿真的实现方法,包括从模型的建立到软件的具体设计,并重点介绍了在VC中集成LOWTRAN程序包进行大气透过率计算的过程。     

激光沉积修复TA15钛合金热应力的数值模拟

根据激光沉积修复的热传导特点, 利用有限元法中的生死单元技术, 建立了激光沉积修复TA15钛合金的过程模型, 采用参数化设计语言编程实现对多道多层激光沉积修复过程三维热应力场的数值模拟。研究了不同功率、不同扫描速度下以及对修复基体预热后热应力的动态分布规律, 并对热应力变化的原因进行了分析。结果表明, 随着激光功率的减小、扫描速度的增大热应力呈减小趋势, 对修复基体预先加热, 可以有效调控热应力的产生和演化, 为降低激光沉积修复过程中的热应力, 提高修复质量提供理论依据。