激光诱导炽光技术测试过程的数值模拟

建立了激光诱导炽光技术测试过程的数学模型,对激光加热过程中碳烟粒子的粒径和温度的变化进行计算,并基于模型重点考察了入射激光波长、入射激光能量密度及初始粒径对碳烟粒子加热过程的影响.结果表明,入射激光波长选择532 nm是比较好的选择,激光能量密度对激光诱导炽光技术的测试过程的影响很大,可以利用温度衰减速率推断碳烟粒子的初始粒径;该数学模型的建立及数值模拟表明运用激光诱导炽光技术可以推断碳烟初始粒径.     

一维材料的热物理性质：低至原子级的瞬态表征（英文）

因为结构尺寸效应导致了强烈的能量载流子散射，一维微/纳米尺度材料的热物理性质显著区别于其相应的块体材料。本文深入评述了微/纳米尺度热物性瞬态表征的前沿技术。其中用到的瞬态激励源包括阶跃焦耳加热、阶跃激光加热、脉冲激光加热和频域调幅激光加热。在热探测方面，采用了基于电学和拉曼散射的测温/温度响应物理原理。这些技术可以测量从亚毫米级至原子级（单原子厚度）尺度的导热系数、热扩散率和比热容。本文侧重于综述这些瞬态技术相较于稳态技术的优势、物理原理、挑战和潜在应用，突显它们在揭示一维材料原子尺寸级别复杂热输运现象方面的重要意义。     

基于正交试验的SLS工艺参数多指标优化

由于选择性激光烧结技术复杂的成型机理,其诸多工艺参数对制件精度都有很大的影响,且同一工艺参数对制件精度不同指标的影响程度也不同.基于正交试验法,通过对高分子材料的SLS试验,研究了烧结层厚、加热温度、激光功率等3个工艺参数对制件形状精度和尺寸精度的影响规律,并运用多指标综合平衡法,确定最优的SLS工艺参数组合方案,对提高SLS制件的综合质量具有指导意义.     

激光辅助切削温度场的三维有限元仿真

激光加热的温度场受材料性参数、工件几何形状、激光器功率、光斑形状及移动速度的影响，分析激光辅助立铣淬硬钢的工况，提出简化的计算模型，进而将非稳态传热方程化为稳态的传热控制方程，应用三维有限元法，对激光流动加热45^#钢的温度场进行了仿真，经过对不同光斑形状、移动速度、光斑温度对温度场的影响，归纳了激光加热的特点，对激光辅助加工工艺参数的选择提出了建议。     

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...     

脉冲激光加热下材料的温度场研究

通过改变多种参数对单脉冲激光加热下材料温度场进行研究.     

一种新型简捷式疲劳裂纹修复仪概念设计

疲劳是零件或结构失效的主要原因.为此设计了一种操作灵活的新型疲劳裂纹修复仪,其可通过可编程控制器和机械臂实现自动工作.纳米材料在低于零件或结构熔点的温度下被用以修复裂纹.裂纹修复仪主要由机身、手柄、相机、喷嘴和活塞组成.其利用激光作为热源,温度传感器对温度进行检测并对纳米材料流通道进行控制.来自外部光源的激光通过喷嘴中心孔照射到工件裂纹处,喷嘴中心孔被粉末通道的出口环绕,粉末出口的方向和激光的焦点重合,在激光加热工件之后喷上粉末,并在材料沉积工序之后进行压力冲击.距离传感器能够使修复过程随着裂纹的发现和探测来进行.本设计结构紧凑,原理简单,可以高效完成裂纹修复.     

飞秒脉冲在材料微加工中的应用研究

阐述飞秒激光的特点,加工特性及其与材料相互作用的加工机理,重点阐述飞秒激光在玻璃、金属、各种聚合物等材料微加工中的应用。由于飞秒激光脉冲时间短、峰值功率极高,可将材料加工区快速加热到远高于沸点的温度,切口处材料以汽相去除,而周围材料还保持低温,对切口附近影响很小,避免加工过程中热损伤的产生,保证了锐利、清洁的切口形貌,实现了精密加工和多层材料的选择性加工。飞秒激光在材料微加工领域较原有的长脉冲激光具有加工精度高、加工材料广泛等独特优势,有非常广泛的应用前景。     

基于激光点热源非稳态传热模型测固体材料热物性参数

提出一种基于激光点热源非稳态传热模型测各向同性固体材料热物性参数的新方法.引入镜像热源理论修正绝热边界对测点温升的影响,建立数学模型,利用数值解法结合计算机编程计算材料导热系数和热扩散率,并研制了热物性测试系统.利用真空泵获得试样容器内的低真空环境,由激光发生器发射激光束加热试样一角,温度传感器测量试样上表面温度,通过...     

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.     

CO_2激光热处理涤纶薄膜和长丝机理研究

本文利用聚焦后的高功率密度CO_2激光,对涤纶复丝及薄膜进行热处理加以研究。实验结果表明:①CO_2激光在涤纶中的穿透深度与涤纶的直径尺寸相当,并且在穿透深度范围内产生极为迅速的内外同时加热作用;②对16.5tex/30F(150D/30F)的涤纶复丝进行激光加热只需热箱加热时间的百分之一,激光加热的区间长度也只有热箱加热区间长度的百分之一,相应的激光加热的升温速度比热箱加热的升温速度高1～2个数量级,冷却速度也较快;③CO_2激光经聚焦后是加热复丝等线状材料的理想加热源之一。     

3D激光沉积增材制造TC4高应变率动态力学行为及本构关系研究

通过对3D激光沉积TC4在较宽温度（298~1 073 K）和应变率范围（0.001~5 000 s^-1）内的单轴压缩试验,系统研究了该材料的塑性流动行为,分析了材料的微观组织特性及其变形断裂微观机制.结果表明材料在压缩载荷下具有明显的应变率硬化和温度软化效应.在压缩加载条件下,材料的破坏模式为绝热剪切带的萌生和拓展,而初始缺陷成为诱导剪切带形成的主要原因.3D激光沉积TC4材料屈服强度与铸造TC4接近,略低于传统锻造TC4.文中基于位错动力学热激活理论建立了可以较好描述材料在不同温度不同应变率下的塑性流动行为物理概念的本构模型.     

高温高应变率下建筑不锈钢动态力学性能研究

利用带有加热和同步对杆装置的分离式霍普金森压杆(SHPB)系统测定建筑不锈钢S30408材料在不同温度和应变率下的动态力学性能,并在DNS100材料试验机上进行了准静态(0.001 s~(-1))压缩试验.试验结果表明:建筑不锈钢S30408材料具有明显的应变率强化效应和温度软化效应,在一定温度条件下温度成为影响材料性能的主要因素.利用Johnson-Cook模型对不锈钢S30408材料进行了动态本构的拟合,并基于试验曲线特点进行修正.修正后的Johnson-Cook模型能够较好地反映材料性能,该本构模型参数可以为建筑不锈钢S30408材料在高温高应变下的动力分析提供依据.     

半无限体亚表面球形缺陷的热波多重散射

基于非傅里叶热传导波动型方程,采用镜像方法和波函数展开法,研究了半无限固体结构中亚表面球型缺陷的热波多重散射问题.基于热传导波动模型给出了热波散射问题的一般解.温度波由调制光束在材料表面激发,缺陷表面的边界条件为绝热.分析了结构几何和物理参量对温度分布的影响,给出了温度变化的数值结果.研究结果可为固体材料激光测试、红外热波成像等问题提供理论基础和参考数据.     

高斯激光辐照具有涂层结构的复合材料的温度场研究

基于傅里叶热传导方程,考虑有限厚材料的尺寸,利用积分变换法得到高斯激光辐照具有涂层结构材料温度场分布的解析解;分析了激光参数和材料尺寸对复合材料温度场分布的影响;使用插值法研究了材料物性参数随温度变化引起的瞬态温度场分布变化;对具有涂层的铝合金双层体试件进行了数值计算,得到了分界点热导率值.     

42CrMo钢泵筒内壁激光相变硬化组织模拟

采用有限元软件SYSWELD建立三维模型,考虑相变潜热及材料热物理性能随温度的变化,将温度场和相变模型进行耦合,对泵筒内壁激光相变硬化组织转变过程及硬度分布进行数值模拟。结果表明:激光相变硬化是一个快速加热和冷却的过程;在加热过程中激光照射区域组织转变为奥氏体,而在冷却过程中奥氏体发生马氏体转变;激光相变硬化处理后,完全淬火区主要以马氏体为主,其最大体积分数可达90%左右。相变区硬度提高约2倍,最大可达540.6 HV0.2;相变区的组织及硬度模拟结果与试验结果吻合较好。     

脉冲激光照射下生物质材料的传热特性

采用快速瞬态温度检测系统测定高能脉冲激光作用下生物质材料的温度动态变化,研究生物质材料瞬态传热特性以及激光脉冲宽度、功率密度、材料厚度与初始含湿量对温度变化规律的影响.根据实验现象,尝试提出脉冲激光作用下生物质材料传热的数学模型,数值模拟分析表明,计算与实验结果基本吻合,能较好地反应脉冲激光作用下生物质材料的传热特性,为进一步深入研究和理论分析积累了有价值的实验资料,提供了可供参考的经验.     

螺旋翅片管轧制的中频感应加热数值模拟

在对钢管中频加热过程进行理论分析的基础上,从麦克斯韦方程组和导热微分方程出发,考虑了材料物理性能随温度变化对加热过程的影响,使用Ansys软件建立了钢管电磁-热耦合分析的有限元模型,对钢管中频感应加热问题进行了数值模拟计算. 计算结果中工件外表面温度与实测温度相差5.19%,吻合较好. 提出了感应透热深度的概念,并以此区分钢管内感应加热区域和热传导区域. 根据模拟结果讨论了钢管感应透热深度及温度分布的影响因素,并证明了双线圈感应加热工艺在工件温度分布、热效率及频率分配方面的合理性.     

基于田口法的AZ61A镁合金热挤压圆管成型工艺参数优化

为减小AZ61A镁合金圆管成型的生产成本,采用田口法对AZ61A镁合金圆管成型热挤压实验进行了工艺参数优化。以挤压载荷最小为评价标准,分析了材料加热温度、主缸末速度、主缸初速度、润滑剂对挤压载荷的影响。基于工艺参数对挤压载荷的信噪比,获得了最优工艺参数组合。结果表明,材料加热温度对挤压载荷的影响最大,其次是主缸末速度。优化后的工艺参数组合为:材料加热温度400℃、主缸初速度为2mm/s、主缸末速度0.5mm/s、润滑剂为氮化硼。     

激光加热时的温度场与相变过程研究

本文对低温回火态GCr15轴承钢的激光束加热奥氏体化过程进行了研究.根据传热学原理,建立了激光束加热时的温度场和相变过程计算的数学模型,采用有限差分法进行计算,借助于Gauss-Seidle迭代法,在CDC计算机上进行运算、求解,得出了平板试样硬化层中的温度分布、奥氏体体积率、马氏体体积率与激光加热的工艺参量——激光束尺寸、功率密度与扫描速度间的关系曲线,为优选激光相变硬化工艺提供了初步理论依据.