瓷质绝缘子激光清洗温度场研究

绝缘子积污会影响其电气绝缘性能,严重时会发生污闪事故,严重威胁电网的安全稳定运行.基于Nd:YAG 1064 nm脉冲激光清洗绝缘子污秽的方法,通过建立激光清洗绝缘子污秽的有限元仿真模型并开展计算,讨论了激光清洗绝缘子污秽过程中温度场的分布特性.污秽层表面激光光斑中心点温度最高,激光平均功率密度为200 W/cm2时,...     

脉冲激光辐照瓷质绝缘子表面损伤试验研究

为防止激光清洗瓷质绝缘子过程中基底发生损伤,开展激光辐照下瓷质绝缘子损伤试验。采用1 064 nm脉冲激光辐照于瓷质绝缘子表面,探究不同能量密度、脉冲个数以及不同辐照时间下瓷质绝缘子的损伤规律,并对瓷质绝缘子表面开展振镜扫描试验,利用图像法确定瓷质绝缘子的激光损伤阈值。试验结果表明,激光定点辐照下,随着激光能量密度的提高、脉冲数的增加、辐照时间的增加,绝缘子表面坑洞直径逐渐增大,最后趋于定值,约为聚焦光斑直径的1.3倍;减小扫描速度,损伤形貌由斑点状变化至条纹状,粗糙度随能量密度的增大、速度的减小而增大;基于图像法的瓷质绝缘子损伤判据,得到损伤能量密度阈值。     

单个脉冲作用下熔融石英的温度和热应力研究

理论研究单个激光脉冲作用光学材料的温度和热应力分布模型,根据脉冲特征,分别建立适用于短脉冲和长脉冲的温度分布模型;进一步建立单个脉冲作用下的热应力模型。以熔融石英为例数值计算和分析了单个脉冲作用下的温度和热应力分布。研究结果表明,如果只求解单脉冲结束时的温度分布,长脉冲和短脉冲模型计算结果一致。单个激光脉冲辐照熔融石英,材料温度升高,如果温度达到材料融化或汽化温度,将导致材料的熔融汽化破坏,另一方面,在焦点区域温升不均匀,将导致热应力产生,如果热应力达到材料的力学破坏阈值,将诱导材料的热应力损伤。     

Ar气下激光诱导Cu等离子体电子温度的实验研究

本文从实验上研究了Ar气下激光诱导Cu等离子体的空间分辨发射光谱.在局部热力学平衡(LTE)条件下,根据谱线的相对强度,得到了等离子体的电子温度在104K以上.研究了原子发射谱线强度、电子温度随空间变化的规律.结果表明,通过Cu(Ⅰ)和Ar(Ⅱ)得到的等离子体电子温度随着空间距离的增加都呈下降趋势,具有相同的变化规律.据此,我们可以通过测量背景气体的电子温度来近似判断近靶面未知谱线等离子体的电子温度.     

温度应力下激光照射指示器输出能量试验研究

立足激光照射指示器的实战化使用,从激光照射指示器的工作原理出发,通过研究激光目标指示器的发热机理和自身温度变化对激光输出能量的影响,分析了温度应力对激光输出能量的影响。在此基础上,设计了试验和评估方法,为科学评估激光照射指示器提供了理论和实践支撑。     

热容模式下片状激光介质瞬态温度及热应力分析

为了研究激光介质热畸变对固体热容激光器的影响,数值计算了高功率激光二极管阵列抽运片状激光介质的瞬态温度场和热应力分布。结果表明,在相同的抽运功率密度下,激光介质中的温度分布和热应力分布不仅与激光介质几何构型及抽运光空间分布有关,还与抽运光斑在介质表面的填充因子密切相关。当抽运光斑未充满激光介质时,介质的表面靠近边缘处会出现大的拉应力集中,并且介质表面的最大轴向位移和最大拉应力随光斑填充因子增大而增大;而当抽运光充满介质时,表面是压应力,较小的拉应力存在于介质内部。     

激光清除输电线路异物时异物烧蚀特性分析

利用高能激光清除输电线路缠绕异物的方法取得了 较好的使用效果。以5种典型输电线路异物 材料为研究对象,建立有限元仿真模型,分析激光烧蚀异物的温度分布及其微观变化规律, 并进行了激光 烧蚀实验。结果表明,激光照射异物时,异物中心到边缘温度逐渐降低,高温的中心部分先 熔化,低温部 分热量积累使温升至熔点熔化,形成“V”形凹坑。在激光加热异物的过程是周向和纵深方 向同时发展的, 且纵深方向发展快于周向的发展速度。激光功率达到200 W时,可以 清除绝大部分有色异物,亮白色异物 也可被清除,激光清除异物的效率在1mm/s至2mm/s之间,激光清除异物的效率较高,此研 究成果为激光 应用于清除输电线路缠绕异物工作提供了重要依据。     

绝缘子表面裂纹激光超声检测

为了实现在役绝缘子裂纹的带电检测,采用脉冲激光非接触方式在瓷瓶表面激励超声波,用宽带超声换能器接收声波,并用这种非接触发射-接触接收声波的方法,对含有人工刻槽的棕釉高压瓷质绝缘子表面裂纹进行了检测实验,通过可视化成像检测系统,对声波在被检样品中传播的动态波形进行了实时观察,获得缺陷最大振幅图。结果表明,该方法在绝缘子裂纹远程检测方面具有适用性,且检测不受绝缘子复杂曲面形状的影响。     

长脉冲激光作用下铝合金板材温度和热应力分析

基于冯·米塞斯屈服准则和弹塑性本构关系,建立了长脉冲激光辐照7A04铝合金的空间轴对称有限元模型,并利用有限元-有限差分混合算法计算了光强为高斯分布的激光光束加热铝合金板时的温度场和热应力场。研究发现目标上表面米塞斯应力主要分布在中心点周围,离中心点相对较远位置处的米塞斯应力很小,对目标几乎不起破坏作用,并且米塞斯等效应力远小于铝合金目标的屈服强度。仿真计算结果与实验结果的一致性证实了该模型的有效性。     

在短脉冲激光作用下对物质进行烧蚀模拟

1　引言许多作者对激光辐射对靶的影响作用进行了数值模拟 [1～ 4] ,这些研究均使用了一维和二维模拟 ,在模拟中由于物理现象描述的复杂性都作了一些必要的简化。但对下述一些相互作用机理应当进行全面描述 ,比如激光能量的吸收 ;由于电子和辐射转移致使能量的再分布以及靶的固定烧蚀[3～ 7] ;烧蚀等离子体与周围气体之间的相互作用以及冲击波和低压波的最后形成 [3] ;能量吸收与靶的几何形状及激光脉冲偏振之间的关系效应 [8] ;非稳定性的形成和发展 [9] ;电磁场对飞散等离子体运动的影响[1 0 ] ;在相互作用的起始阶段的平衡化学过程和后来…     

激光辐照CCD温度场与热应力场的研究

为了研究了激光与CCD传感器的作用过程及损伤机理,采用有限元分析的方法,对波长1.06μm的连续激光辐照行间转移型面阵CCD进行了理论分析和仿真研究。以基底Si表面激光辐照区域为热源建立热力耦合模型,模拟得出了CCD的温度分布和热应力分布。通过对比分析其组成材料的温度损伤和应力损伤所发生的时间,发现应力损伤先于温度损伤。结果表明,作为固定边界和自由边界的交汇处,基底Si下表面边缘处热应力于激光作用0.1s时最先超过破坏阈值120MPa,发生应力破坏; Si材料产生由下表面边缘向中心的滑移,基底逐步脱离固定; 激光作用0.3s时,遮光Al膜与SiO₂膜层也因热应力超过两种材料的附着力100MPa,而产生沿径向由内向外的Al膜层剥落的应力破坏行为,这种行为将加快基底Si材料的滑移,最终致使整个CCD因脱离工作位置而失效。该研究成果为CCD传感器的激光损伤及防护提供了理论依据。     

激光烧结Al2O3/Ti系FGM的温度场与热应力场

用有限元法对激光烧结Al2O3/Ti系FGM的温度场和残余热应力场进行了模拟计算,并对烧结过程试样中的温度分布进行了实时测量.结果表明:激光照射面(Al2O3层)和背光面(Ti层)的温度落差为325℃.陶瓷侧温度梯度大于金属侧,成分梯度指数p值愈大,陶瓷侧温度梯度愈大.试样内残余热应力分布受p值控制,依据残余热应力最小且陶瓷层为压应力的设计准则,确定了激光烧结Al2O3/Ti系FGM的最佳成分梯度指数p=0.5.     

高热负荷激光介质热应力场的分析与优化研究

研究了高热负荷板状激光介质在抽运面采用常规冷却技术时,换热面积较小的上下侧面的换热强度对激光介质最高温度及最大应力的影响情况,并对热应力场进行了优化研究。结果表明,任意抽运功率下,介质的最高温度及最大应力均随侧面换热系数的变化而变化,并存在最优换热系数。与侧面采用常规冷却手段时相比,采用最优换热系数时介质的最大应力降幅高达36%。另外,对介质上下侧面进行温度控制,也可达到与控制换热系数相同的效果。     

脉冲激光辐照金属板温度场应力场数值分析

为了研究脉冲激光加热金属板的温度场和应力场的特点,基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,对脉冲激光扫描过程中金属板的温度场和应力场进行了3维数值模拟,得到了温度场与应力场在时间和空间上的分布和变化规律。结果表明,在脉冲激光扫描加热作用下,金属表面发生多次熔化和凝固,温度时间曲线呈锯齿形;重熔区域应力场变化剧烈,随间歇的激光脉冲发生强烈的拉-压应力波动;金属基体冷却后在重熔区域留有高值残余拉应力,纵向应力达799MPa,横向应力达700MPa。     

高斯激光辐照下膜基系统的温度场和应力场的瞬态分析

本文根据加载激光的工艺参数以及薄膜、基体的材料特性,建立了薄膜与基体的有限元模型,对高斯激光在加载在薄膜表面后的温度场进行有限元模拟,获得膜基系统中温度随时间的变化关系以及薄膜界面结合处的温升规律。并在此基础上根据薄膜和基体的热膨胀性能,进行薄膜和基体的应力场模拟,获得了膜基系统的应力场随时间的变化关系。模拟结果表明：在激光加载过程中,薄膜和基体中的温度场随着时间增加,由于热传导系数的差异在薄膜和基体之间产生温差。在膜基系统中产生的应力场主要集中在薄膜内部,膜基界面结合处产生的应力较大会导致薄膜的脱粘。模拟结果定性地反映了薄膜和基体中温度和热应力的变化规律,为分析激光划痕法的作用过程提供了一定的理论依据,对研究膜基系统失效进程具有重要意义。     

二极管泵浦板条激光介质的二维温度和应力分布

用有限差分法对各种边界条件下二极管侧泵浦板条介质通光截面上的温度和应力二维分布作了数值计算。并对此作了分析,由此提出了适用于不同泵浦水平二极管泵浦板条激光器的冷却方案。     

激光诱发热应力成形的研究

研究了低碳钢板料的激光诱发热应力成形行为。结果表明,对于多道扫描激光成形工艺,诱发热应力成形角度受到许多工艺参数的影响,线能量是激光诱发热应力成形的主要影响因素。其中,激光功率、光束直径、扫描速度、扫描次数、板料厚度等参数的效应尤其显著。通过对试验结果的定性分析,所得的结论可以为激光诱发热应力成形技术的进一步理论研究和可能的工业应用提供依据。     

脉冲激光辐照下金属/液体结构温度变化初探

通过1053 nm重频脉冲激光辐照铝合金板和铝合金/水结构实验,初步研究了水的存在对铝合金板温度变化的影响。采用有限元方法,计算了脉冲激光辐照下铝合金板和铝合金/水结构中的温度场变化。数值结果和实验结果基本相符,水的存在加速了热扩散,延缓了铝合金板的温升。