空心激光辐照硅材料产生应力场的数值模拟与分析

研究并建立了长脉冲空心激光与硅材料相互作用产生应力场的数学物理模型,采用基于有限元法的多物理场仿真软件Comsol对模型进行了数值求解,得到了硅材料表面应力场的空间与时间分布曲线,分析总结了长脉冲空心激光辐照下硅材料表面应力场的变化特征与规律。实验结果可为深入揭示空心激光与硅材料相互作用机理奠定一定理论基础,也可为激光加工及激光损伤研究提供一定理论参考。     

激光辐照旋转飞行靶温度场数值模拟

以激光辐照旋转飞行靶为研究背景,考虑激光的大气传输,以及激光辐照面积和功率密度分布随靶目标旋转和飞行的变化,建立激光辐照热传导模型;利用有限容积法,得到靶目标三维温度场的数值解;分析目标旋转速率对温度场分布以及炸药热爆炸的影响。分析结果表明：靶目标旋转速率越大,靶表面最高温度值越小,热量越不容易集中,越不利于炸药的热起爆。     

选择性激光烧结过程温度场数值模拟

目的 研究激光烧结过程的温度场,分析在选定烧结参数下的烧结深度及烧结宽度。方法 分析烧结过程及热物性之间的变化,建立合理的有限元模型,编制相应的程序对其温度场进行模拟;由温度值确定其 结深及 度,并用实测温度验证了计算结果。结果 模拟结果与实测结果相差甚小。结论 可用数值模拟方法进行工艺参数选择。     

激光再制造过程熔池温度场的数值模拟

建立简化二维非稳态温度场数值模型，采用有限元方法及ANSYS软件求解温度场分布，模拟了一个平板试验件激光再制造过程，其计算结果与文献提供数据比较误差较小，可以采用此计算方法提供的初始温度值和非接触测量温度变化量来控制工艺参数．     

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。     

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．     

选择性激光烧结过程温度场数值模拟

目的　研究激光烧结过程的温度场 ,分析在选定烧结参数下的烧结深度及烧结宽度 .方法　分析烧结过程及热物性参数之间的变化关系 ,建立合理的有限元模型 ,编制相应的程序对其温度场进行模拟 ;由温度值确定其烧结深度及宽度 ,并用实测温度验证了计算结果 .结果　模拟结果与实测结果相差甚小 .结论可用数值模拟方法进行工艺参数选择     

外加磁场淬火时瞬态温度场的数值模拟

在前期已提出的热传导方程的基础上,将外加磁场的作用视作一附加能量项,利用相变点附近铁磁材料比热和热膨胀系数的反常现象,建立包含磁场作用的热传导控制方程,应用有限元算法对中碳钢淬火却过程进行计算机数值模拟分析,定量求解热磁耦合作用下的瞬态温度分布。     

混凝土内部温度场的细观数值模拟研究

通过对混凝土热传导的细观特性分析,探讨混凝土的非均质特性对热传导过程的影响规律.假定混凝土由砂浆、粗骨料以及二者界面过渡区(ITZ)组成,利用Voronoi单元剖分技术建立细观格构网络模型,是开展热传导过程研究的新途径.基于非线性分析的热传导方程,利用伽略金加权余数法和有限差分法,确定其方程的数值形式,以水泥砂浆与花岗岩为例,开展了基于细观格构网络模型的混凝土热传导过程数值仿真分析.数值计算表明,混凝土的细观格构网络模型可有效地呈现其热传导过程,并可确定其内部温度场分布规律.     

QFP器件激光软钎焊温度场的建模与仿真

为了解决不同工艺参数组合下激光焊接 QFP器件后其器件的温度场分布问题,选取激光焊接有效功率、时间和光斑面积3个工艺参数,采用有限元软件 ANSYS,对特定 QFP 器件激光软钎焊温度场的分布进行模拟。仿真结果表明：激光焊接有效功率、光斑面积与焊点处的最高温度几乎为线性关系,焊接时间与焊点处的最高温度为正相关关系,且切线斜率逐渐减小;当焊接有效功率为1-4 W,焊接时间为1-2 s,光斑面积为0.03-0.11 mm2,封装体、印制板、焊点温度最高分别可达240、350、510℃。仿真结果为激光软钎焊工艺参数的预选提供参考,并为相关产品激光软钎焊的综合参数优化打下基础。     

全固态激光器中泵浦速率分布的数值模拟

以LD端面泵浦的固体激光器为例,讨论了泵浦光源在激光晶体中的分布模型,计算了泵浦速率分布函数的归一化,并对分布函数进行了数值模拟。     

机载雷达舱瞬态温度场的数值模拟

针对机载雷达舱瞬态温度场的分析与计算问题,引入壁面热流函数,简化了雷达舱外复杂的热边界条件,针对雷达舱内电子设备热物性参数的不确定性,提出了一种简化的工程计算方法.分析了雷达舱内辐射-导热-对流耦合换热作用,建立了雷达舱动态热平衡方程,在结合雷达舱环控系统的基础上,采用蒙特卡罗法求解舱内设备之间的辐射换热,采用热网络法求解雷达舱内的耦合换热,获得了雷达舱内的瞬态温度场,分析了不同初始状态及飞行工况对雷达舱瞬态温度场的影响,为机载雷达舱设计及相关研究提供了重要依据.     

低碳钢激光束电阻缝焊复合焊接中电阻缝焊温度场的数值模拟

使用ANSYS软件对"激光束-电阻缝焊"(LB-RSW)中电阻缝焊过程的热结构和热电进行了耦合分析,研究了缝焊电流、焊接速度和滚盘间距对低碳钢板RSW温度场的影响。结果表明,滚盘电极压力可以有效控制板间间隙;增大缝焊电流、降低焊速和增大滚盘电极间距都可以提高钢板表面温度、温度梯度和升降温速度。模拟结果与热成像测量结果吻合良好。     

钢板激光多次扫描弯曲成形的数值模拟

利用有限元分析软件MSC．Marc，建立了中厚钢板激光多次扫描弯曲成形过程的三维弹塑性非线性热力耦合有限元模型．计算了整个激光弯曲成形过程中温度场、应力场和位移场的分布．实时测量了板材自由端一点位移和下表面三点温度随时间的变化．计算结果和实验结果吻合较好．用建立的模型分析了多次扫描过程中随扫描次数增加弯曲增量逐渐减小的原因．为激光弯曲成形工艺的实际应用奠定了理论基础．     

步进式加热炉板坯温度场数值模拟

钢坯加热是轧制前的重要工序,随着燃料价格的提高及新钢种的应用,建立精确的钢坯温度-时间关系传热模型已成为提高产品质量和节能降耗的首要条件。以某钢厂轧钢加热炉为研究对象,对钢坯加热过程的温度场进行数值模拟。建立了板坯在加热炉内加热数学模型,采用有限容积法对模型进行了离散,通过编程求解得出：在各加热段钢坯角部温度最高,加热段升温速度最快,钢坯断面温差最大,均热段断面温差最小,钢坯出炉断面温差稍高,建议延长均热时间     

超深井井下环境仿真系统温度场数值模拟

为解决深井井下环境仿真系统的温度场分布不均匀问题,对具有大长径比、大时滞以及多种复杂传热方式的系统温度场进行数值模拟,得到使釜内温度场分布均匀的有效方法.介绍了仿真系统的组成和工作原理;根据传热学原理给出了系统传热学模型;分别在不同边界条件下,数值模拟了系统的温度场分布情况,并与实际升温曲线进行对比,证明了仿真结果的有效性.     

内置分段式弹簧换热管内流场的数值模拟

针对内置弹簧换热管在强化传热过程中产生较大阻力的问题,提出了一种插入分段式弹簧的方法,并通过Fluent软件对内置不同长度的弹簧换热管某一截面处的流动特性进行数值模拟,分别取每段弹簧的长度分别为50 mm、100 mm、150 mm、200 mm,得到了在内置不同长度弹簧的换热管内某一截面处的速度场;然后分别取不同丝径和圈径的分段式弹簧,对换热管内某一截面的流体径向速度场进行数值模拟,研究弹簧的丝径与圈径对强化传热的影响.结果表明:在换热管两端插入分段式弹簧使得管内流体径向速度提高了2~3倍,加快了管内壁区域流体的流动,使得边界层变薄,不仅加强了边界层流体的扰动,而且一定程度上降低了流体流动的阻力,从而提高了换热效率.在雷诺数相同时,内置分段式弹簧换热管相对于光管Nu数提高了2~4倍;随着丝径和圈径的增大,强化传热效率得到提高而流动阻力随着相应增加.     

湿法脱硫塔流场温场的数值模拟分析

喷淋塔是湿法烟气脱硫系统中的核心设备，脱硫反应主要在塔内进行，复杂的速度场和温度场是影响脱硫效率的关键因素。本文利用Fluent软件对脱硫塔内速度场和温度场进行三维数值模拟，并对模拟结果进行较全面的分析。在计算中选择k-ε模型作为计算模型，用SIMPLE算法进行计算。计算结果表明脱硫塔形状及喷淋层高度对流场与温场有很大的影响，实际运行中应当低位喷淋与高位喷淋相互结合，从而获得更好的脱硫效果。