采用双光束CO2激光的玻璃切割过程数值模拟

采用双光束CO2激光的玻璃切割技术对平板显示器进行切割.分析了较大热应力产生的区域,建立了运动坐标系下的双光束CO2激光的玻璃切割过程传热数学模型,并对单、双光束激光的玻璃切割过程进行热应力数值模拟.计算结果表明,采用双光束CO2激光切割方法使热影响区域的温度场更加均匀,温度梯度减小,应力减小,可以有效地避免不可控裂纹的产生.提出的采用双光束激光的玻璃切割方法为工程应用提供了新的参考.     

岩石内含物对激光破岩的影响

根据非定常传热原理分析了高斯激光光束作用到岩石表面时岩石内部的温度场分布情况,应用温度场分布结合热应力方程的方法分别模拟了岩石内部有无内含物时的热应力分布情况。数值模拟结果表明,同一激光光束作用相同时间,有内含物的岩石在内含物边缘附近产生的热应力比无内含物的大,即相同的激光功率和照射时间分别作用到有无内含物的岩石时,有内含物的岩石碎裂的可能性更大。在自然界中大多是含有杂质的岩石,该研究为含有内含物情况下的激光破岩提供了理论依据。     

板式固体氧化物燃料电池的热应力分析

为了深入掌握固体氧化物燃料电池(SOFC)的结构性能,进而提高其可靠性,在对SOFC的内部流动和电化学特性进行数值模拟,对顺流和逆流两种流动情况下板式SOFC内温度分布、电势特征和电流密度特征进行分析的基础上,将数值计算得到的温度场作为载荷施加到SOFC的热应力模型中,建立了数值模拟SOFC的有限元热应力模型,对SOFC关键结构中的三合一电极板中的热应力分布特征进行了分析研究.研究结果表明:相对于顺流形式,逆流形式燃料入口附近的温度梯度要大得多;材料间热膨胀系数的不匹配导致了热应力的产生;热应力的大小与温度分布和温度梯度密切相关.由于过大的热应力可能会导致SOFC结构开裂甚至破坏,该研究工作为SOFC单电池和电池堆的设计优化提供了重要的理论依据.     

试验与仿真相结合的发动机活塞热负荷分析

借助硬度塞温度测试、数值分析手段,结合对改进前活塞的温度场和热应力的计算,对发动机改进后活塞的热负荷状况进行评估.通过计算活塞传热边界条件,利用有限元分析软件,对活塞进行温度场计算,然后利用试验实测数据对其进行标定,在计算误差小于5%的情况下,得到改进前与改进后活塞在A工况和B工况下的温度场分布,最后进行了对应工况的热应力计算.结果表明在相同工况下发动机改进后活塞最高温度均比改进前活塞低,最大热应力比改进前活塞小.在改进前活塞满足热负荷要求的前提下,改进后活塞满足热负荷要求.     

有限差分法在圆柱辊子温度场及热应力场计算中的应用

本文根据差分原理推导出温度分布关于轴对称柱坐标系无内热源情况下稳定温度场与不稳定温度场的差分方程计算公式,并以数值积分形式的计算公式来近似理论公式计算热应力场,二者结合起来可以解决圆柱辊子温度场及热应力场的计算问题。计算结果表明沿辊子横截面的应力分布规律与理论分析一致,计算数值同理论解相接近,并符合实测结果。此种计算方法可应用于冷轧辊进而可以解决连铸机二冷区夹辊及拉矫机拉辊的温度场及热应力场的计算问题。     

多脉冲激光辐照ZF2玻璃的热力效应

在建立多脉冲激光辐照ZF2玻璃物理模型的基础上,采用解析解的形式计算了高斯型连续激光照射圆柱形靶板的二维温度场以及相应的应力分布。分析了高斯光束作用时,环向热应力最大值及其作用时间的关系,指出三维时,"热扩散长度"的概念不再适合。通过数值分析给出了与特定参量相对应的拟合公式,并计算出相应的损伤阈值。对理论计算与实验结论进行了比较,验证了理论模型的合理性。     

LNG储罐球形混凝土穹顶的热应力及裂缝分布

对于大型LNG储罐,其穹顶因水泥水化热产生较大的热应力,引起混凝土开裂,严重影响储罐的耐久性。以某大型LNG储罐穹顶为研究对象,采用ADINA有限元软件建立精细化的有限元模型,模拟LNG储罐穹顶分段浇筑过程中的早期温度场分布,并将数值计算结果与现场测试结果进行对比;数值分析时考虑了混凝土徐变及龄期效应,对混凝土穹顶的温度场和应力场进行耦合计算,得到穹顶的热应力分布及裂缝开展情况,对穹顶混凝土开裂风险进行评估,进而对参数的敏感性进行分析。结果表明:穹顶内外在混凝土浇筑过程中产生温差较大,导致巨大热应力;第一浇筑带的热应力明显比其他浇筑带大,环向热应力大于经络向热应力,将使穹顶边缘产生沿环向分布的经络向温度裂缝;水泥种类对穹顶热力分析结果有很大的影响。     

金属材料中激光产生熔池的数值模拟及应用

数值模拟了激光与金属铝相互作用的温度场和流场,求解热传递与层流耦合的PDE方程.数值模拟中选取符合实际光束分布的激光参数,考虑了自然对流、表面张力梯度引起的Marangoni对流和热物理参数依赖于温度的实际情况.针对γ/T<0,γ/T>0,γ/T=0等3种不同的表面张力梯度,计算得到了激光产生熔池的温度场、熔池速度场及熔池的形状.研究结果表明,金属材料内的温度场分布与入射高斯光束光强分布具有相似特征;Marangoni对流是熔池内液体流动的主要形式;γ/T的大小和正负对熔池内流体的运动起决定性作用,可对熔池形状产生很大影响,进而影响激光加工的质量.     

电动式EGR阀流固耦合共轭传热研究

通过CFD数值模拟的方法对型号为TE601的EGR阀进行了流固耦合传热的数值模拟。模拟过程使用EGR阀门最大开度进行分析,得到了有无冷却水两种情况下阀体和阀杆的温度场。针对两种情况下的结果进行分析对比,提出了冷却水道的设计方案,为进一步分析计算阀体和阀杆的热应力和热变形提供了理论依据。     

基于共轭传热计算的换热器热应力分析

次级换热器属于机载环控系统的主要附件,负责冷却涡轮压气机后的高温高压空气。为了分析某次级换热器服役过程中产生的热应力,首先对其传热与流动进行数值模拟,建模时针对产品的结构特点划分为周期性单元以及侧板单元两类计算模型,并提出将周期性单元的周期边界结果传递到侧板单元中作为约束条件的数值模拟策略,通过侧板单元中的共轭传热计算得到了结构上的温度分布;然后对换热器整体进行分析,在侧板结构上加载所获取的温度场结果并设置其他约束条件得出热应力分布。对比实验数据发现,数值模拟结果误差均在10%以内,共轭传热数值模拟策略在航空换热器热应力分析中的有效性得到了验证。     

Effect of Processing Parameters on Thermal Phenomena in Direct Laser Metallic Powder Deposition

Direct laser metallic powder deposition technique is widely used in manufacturing, part repairing, and metallic rapid prototyping. The ability to predict geometrical accuracy and residual stress requires an understanding of temperature distribution during the deposition process. This study presents a numerical model of three-dimensional transient heat transfer in a finite model heated by a moving laser beam. Thermal phenomena in the process were investigated. The complex solid-liquid problem and latent heat of fusion were treated by means of equivalent thermal conductivity and modified specific heat, respectively. Using method of birth and death of elements, the growth of additive layers and the shape of melt pool were obtained. The effect of processing parameters such as absorbed power, travel speed, and preheated temperature on melt pool sizes and cross-section of deposited layer profile was studied. The results show that the melt pool sizes increase with absorbed power and decrease with travel velocity. In addition, the preheated temperature contributes less to the melt pool size. The results are generally in a good agreement with experiments in published literature.     

横向双光束调制热透镜理论模型

提出了光强调制的横向双光束热透镜理论模型.利用积分变换法给出了样品内温度分布函数的表达式以及由温度场导致的探测光束在样品内的附加相位差.结合菲涅耳衍射理论,推导出热透镜信号表达式,并进行了数值计算与讨论.     

等离子熔射成形熔滴薄片沉积的模拟研究

采用等离子熔射成形技术制造的模具和零件,其涂层的性能受残余热应力的影响极大。为此建立了一个二维有限元模型,用于研究单个不锈钢熔滴薄片在碳钢基体上沉积时的温度场及残余热应力。结果显示,尽管在初始的凝固阶段薄片边缘的温度高于薄片中心的温度,但随后这两个位置的温度差却发生逆转。最大残余应力位于薄片与基体界面的边缘,且其大小随基体温度升高而减小,最小残余热应力则位于薄片上表面的边缘。残余热应力在薄片中表现为拉应力,而在基体中则表现为压应力。本研究可为在微观水平上理解等离子熔射成形的温度场和残余热应力分布提供基础。     

由激光辐照固体表面引起的非Fourier三维传热问题的解析解

针对激光束瞬间加热物体表面时,材料表面附近温度场变化的问题,建立了基于非傅里叶热传导理论的三维热传导数学模型. 考虑了激光束的聚焦特征,即热量或高温主要集中在光束中心附近的局部区域,且沿材料表面切向呈非均匀分布. 利用积分变换技巧,得到了问题Laplace逆变换的解析形式,从而给出了新的温度场解析解,并据此分析了传热过程中固体内部的温度场演化规律及特征. 数值计算结果显示,该问题的温度场呈现出明显的非傅里叶传热特征,与经典的热传导的扩散形式不同,它是以波的形式进行传热的.      

激光辐照移动平板温度场分布的有限元分析

基于热传导理论,采用有限元方法建立激光辐照无限长移动平板表面激发瞬态温度场的三维模型,用以研究移动平板上下表面瞬态温度场.考虑板材料的热物理参数依赖于温度、板表面的热辐射及对流等因素,计算了上述因素及移动速度对温度场的影响,并进一步讨论了激光半径对温度场的影响.数值结果表明:激光辐照移动平板后,在材料中将产生准稳态温度...     

激光强化半钢轧辊的实验研究与温度模拟

从实验角度分析了半钢轧辊表面经过激光相变硬化处理后的性能改善情况，着重讨论了改变工艺参数对激光淬火效果的影响。利用数值模拟的分析手段对轧辊在激光辐照之下经历的热循环过程作了详细描述，说明了辊面激光淬火的原理，对光斑附近区域的温度梯度分布作了分析，初步探讨了激光淬火裂纹形成的原因。     

铝合金板材涂覆石墨前后的激光吸收率确定方法

针对铝合金板材表面涂覆石墨后激光吸收率的测量问题,利用高温热像仪、热电偶测温的方法,并结合有限元温度场分析的手段,对未涂覆石墨板材激光加热温度场进行了测量及有限元模拟,验证了有限元温度场分析的准确性,通过匹配板材涂覆石墨后板材背面温度场实测结果与仿真分析结果,拟合出了板材涂覆石墨后的激光吸收率。     

激光作用金属板材的温度场和热应力场

基于Von Mises屈服准则和弹塑性本构关系,建立了连续激光辐照金属基体材料的空间轴对称有限元模型.该模型考虑了金属材料在激光作用过程中的热学及力学性质的非线性,计算了光强为高斯分布的激光光束加热钢板时的温度场和热应力场,得到了温度场和热应力场的分布及其随时间的变化规律.通过对结果的分析,认为在激光作用前期热膨胀会造成热应力上升,而后期材料的热软化会导致塑性区域应力水平下降和其他区域应力水平增加缓慢甚至下降.有限元计算结果与已知实验结果的对比表明了有限元法的有效性.