长脉冲高能激光与半导体材料的热作用分析

在入射激光光斑半径远远大于材料热扩散长度的条件下,应用固体热传导理论,使用有限元方法建立了相关模型.对长脉冲(脉宽1 ms)强激光与半导体材料si和Ge的热作用进行了分析,定量地描绘出了材料的温度分布,得到了不同能量激光辐照下靶材前、后表面中心点温度历史,以及不同能量激光辐照下的靶材后表面的温度分布情况.所得结果为高能量激光的应用提供了依据.     

毫秒激光辐射K9玻璃的激光损伤研究

利用毫秒激光损伤测试平台,通过改变焦距和聚焦位置,研究了K9玻璃前后表面附近的损伤概率和损伤形貌。结果表明,焦平面位于前表面时以热熔损伤为主,焦平面位于后表面时则以应力损伤为主,且尺寸明显大于前表面。建立二维热力学模型并对温度场和热应力场进行计算,结果显示,径向应力和环向应力是导致材料产生应力损伤的主要因素。激光辐照过程中在前表面产生的燃烧波能够增强激光能量耦合效率,是材料前表面产生熔融损伤的原因之一。此外,实验发现,焦距较短时,损伤概率随焦平面与样品表面距离的增大迅速下降,焦距较长时,易在样品前后表面同时产生损伤,这与透镜的焦深有关。     

有限元方法在激光超声研究中的应用

基于热弹机理 ,结合激光超声的特点阐述了用有限元法研究激光超声的注意点 ,给出了有限元单元长度和时间步长的选取原则 ,并把有限元方法成功应用于管状材料中激光超声的研究 ,在考虑材料热物理参数随温度变化的前提下首先得到了薄铝管中的温度场 ,再用得到的最高温度场作为加载得到了薄铝管中的超声Lamb波。可见 ,有限元方法用于研究激光超声是非常有效的。     

基于稳态碎岩方式的PDC钻头设计分析研究

自从20世纪80年代PDC复合片研发成功以来,PDC钻头由于其钻进性能强和耐磨性能好,在世界许多国家的石油钻井和地质勘探中得到了广泛应用,取得了很好的效果。但是,如何进一步提高其在钻探工程中的技术经济指标是一个很迫切的问题。俄罗斯博士СкоромныхВ.В.教授等对此进行多年研究,提出了稳态破碎岩石方式的思想,即在轴载和扭矩切力形成的合力R与切削面成垂直角度条件下,切入深度h不变时形成的一种碎岩方式。并在此基础上提出了一些设计PDC钻头方面的建议。     

Lamb波在含孔隙功能梯度材料中传播特性的研究

研究了含有孔隙的功能梯度材料(Functionally Gradient Materials,FGMs)中Lamb波的传播特性。利用本征函数展开法和孔隙率与弹性常数之间的关系,讨论了不同孔隙率情况下有限厚度铁基氧化铝功能梯度材料中Lamb波的相速度色散曲线,分析了孔隙率对铁基氧化铝功能梯度材料中Lamb波相速度的影响。研究结果表明Lamb波的相速度色散曲线能够同时反映功能梯度材料的弹性模量、泊松比、密度和孔隙率四个方面的信息,为含有孔隙的功能梯度材料弹性性质的反演提供了理论依据。     

乙酸溶液荧光猝灭的机理研究

从理论上对紫外光激励乙酸产生荧光及荧光猝灭机理分别进行了分析研究.结果表明,乙酸溶液在253.7nm紫外光照射下可以发出明显的荧光,而且随着溶液浓度的变化产生了荧光猝灭的现象.分析认为,荧光猝灭的主要原因是动态猝灭过程-由最低激发单重态(n,π)转入三重态(π,π)所致,并对淬灭常数进行了计算.研究乙酸本体荧光特性及荧光猝灭机理可为其作为猝灭剂、溶剂、催化剂和食品添加剂时其它分子荧光光谱的研究提供参考.     

激光激发板状材料中超声导波的有限元数值模拟

材料表面吸收激光辐照的能量后，产生瞬态温度场，引起表面层的局部热膨胀，产生超声波沿不同方向传播。激光超声具有非接触、宽频带、多模态的特点，提供了材料的弹性性质和材料无损检测的有效手段。考虑激光作用过程中材料热物理参数随温度变化的特性，用有限元方法数值模拟激光在板状材料中激发瞬态温度场，建立热弹机制下超声导波的产生和传播的有限元模型。数值模拟的结果表明：材料中瞬态温度场分布在材料的表面层的非常小的区域，温升区域是产生超声的体源。分析近场和远场接收的超声导波的表面波形的传播特征，讨论激光输入参数和激光产生超声波特征之间的关系，为热弹条件下材料性能的激光超声检测提供了定量的基础。     

单层和双层材料中的脉冲激光超声数值模拟

用有限元方法数值模拟激光热弹机制激发单层和双层材料中的超声波。分别建立激光在单层和双层材料中激发瞬态温度场和热弹机制激发超声波场的有限元模型，该模型考虑了激光作用过程中材料的热物理参数依赖于温度的特性。在单层铝板的厚度小于激光激发的超声波的中心波长时，数值模拟得到了兰姆波，主要是低频的非色散的对称模和色散的反对称模。随着铝板厚度的增加，更高阶的模式可以在板中传播，波形向表面波转化，得到了掠面纵波和瑞利波。进一步计算了Ni／Al和Al／Cu这两种双层材料中的不同接收距离处的垂直表面位移。由于表面波中的高频成分透入深度浅，在传播过程中受薄膜(涂层)的影响较大，而低频成分在传播过程中受基底的影响较大，因此在Ni／Al系统中得到了正常色散而在Al／Cu系统中得到了反常色散现象。     

组合激光对单晶硅热作用的数值分析

为了提高激光加工中单晶硅材料对激光能量的耦合效率,采用一个短脉冲激光和一个长脉冲激光形成组合激光辐照单晶硅,使用COMSOL软件对该过程进行模拟,得到了组合激光长短脉冲间的延迟时间和长脉冲激光能量密度的变化对作用效果的影响,并与总能量相等的毫秒激光单独作用的效果进行比较;实验测量得到的不同能量密度的激光作用单晶硅后损伤形貌,与数值计算结果的趋势吻合。结果表明,组合激光能提高材料对激光的耦合效率;不同的延迟时间会影响组合激光的作用效果,最佳延迟时间为0.1ms;组合激光中毫秒激光能量密度占比较低时,作用效能较明显,随着毫秒激光能量密度占比的提高,对作用效果的提升相对变缓。该研究结果可以为组合激光的应用提供理论和实验依据。     

2—丙烯酰胺基—2—甲基—1—丙磺酸水溶液聚合动力学研究

2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸(AMPS)是重要的丙烯酰胺系阴离子单体,其均聚物和共聚物的用途甚广。本文以过硫酸钾为引发剂,研究了AMPS水溶液聚合动力学,确定R_p=k[AMPS]~(1.8)[K_2S_2O_8]~(0.8),表观活化能E_a =71.1kJ/mol。