利用双温模型理论分析飞秒激光烧蚀金过程

为了了解飞秒激光脉冲烧蚀金过程中的电子温度和晶格温度变化。利用显式有限差分法对飞秒激光脉冲烧蚀金的过程中电子和晶格的温度场进行一维数值计算。理论研究了不同激光脉宽和电声耦合系数对金属表层电子和晶格温度的影响,同时还研究了双脉冲激光烧蚀金过程中电子和晶格温度的变化。得出激光脉冲越短,加工热效应越小,多脉冲具有热累积效应。因此,为了实现飞秒激光冷加工,应该采用单个超短脉冲降低热效应。     

飞秒激光与金属作用机理

对脉冲激光沉积过程中激光和金属作用的微观机制进行了深入分析.通过双温方程模拟得到飞秒激光作用金靶材温度随时间变化的图像.该图像反应出激光和金属表面及内部晶格作用特点.进一步分析得知,当晶格温度大于金属沸点时将会产生高能的等离子体.通过数值模拟找出了产生等离子体所需激光的能量阈值,这样能够帮助纳米材料的制备者选择激光,制备出优质的纳米薄膜.     

飞秒激光辐照CuZr非晶合金损伤动力学研究

采用考虑了电子压强梯度的双温分子动力学方法,研究了纳米CuZr非晶合金薄膜在脉宽为100 fs,能量密度为0.08～0.16 J/cm~2的飞秒激光辐照下的烧蚀动力学过程.结果表明,低能量密度下,电子压强梯度对靶材的结构损伤过程影响很小.高能量密度下,电子压强梯度对靶材内部的电子温度和晶格温度演化场产生了显著的影响,CuZr非晶合金薄膜的结构存在皮秒量级的由电子压强梯度诱导的非热烧蚀过程,并且随着能流密度的增大,这一超快的非热烧蚀过程在时间尺度上会得到提前.     

薄膜-基底式管材中脉冲激光产生的温度场

基于材料的热物理参数随温度的变化,用有限元方法对脉冲激光作用于薄膜-基底式双层管状材料时产生的温升进行了数值计算.采用铝薄膜和有机玻璃为基底的慢基底快涂层式组合,分别得到了不同时刻薄膜铝和基底有机玻璃中的温度场随径向和周向的分布曲线.计算结果表明:如果薄膜的热扩散系数远大于基底的,则基底中的温升远小于薄膜中的温升,可忽略不计;薄膜中沿周向除了激光辐照范围外,有意义的温升范围很小.     

金属材料中激光产生Lamb波的数值模拟

材料表面吸收激光辐照的能量后,产生瞬态温度场进而引起材料表面层的热膨胀,产生超声波．从超声波沿不同方向传播的特性出发,根据激光作用源的特征,建立了热弹性有限元模型,研究了激光和材料相互作用的瞬态过程,包括瞬态温度场和瞬态应力场及其分布．数值模拟结果表明：瞬态温度分布等效于体力源,其中轴向应力将产生纵波,径向应力将产生横波,激光作用在薄金属材料中激发出Lamb波．     

飞秒激光烧蚀炸药的冲击压力数值模拟

飞秒激光能够在极短时间内烧蚀炸药产生高温高压等离子体,飞秒激光烧蚀炸药技术可用于精密加工炸药元件和安全处理废旧弹药.为深入探讨飞秒激光烧蚀炸药作用规律,采用非线性有限元计算方法,建立了飞秒激光烧蚀炸药过程的起爆计算模型,对飞秒激光烧蚀LX-17和LX-10两种炸药过程进行了数值模拟计算,获得了不同飞秒激光能量作用下等离子体和炸药中的压力分布规律.计算结果表明,在飞秒激光烧蚀炸药的过程中,烧蚀产物等离子体和激光作用区外附近炸药的初始压力较高,但是由于激光烧蚀区域极小,炸药内冲击波压力迅速衰减,没有发生起爆现象.     

激光辐照下皮肤组织中温度场的理论分析和数值模拟

基于Pennes传热方程，采用更能反映活体组织真实情况的血液灌注率和代谢热产率，从理论上分析了激光作用在生物皮肤组织时所引起的组织温度场变化，给出了皮肤组织温度变化的分析解，数值模拟了激光福照下组织的温度场分析。并讨论了激光辐照时间、组织深度以及生物组织热物性对组织温升的影响。     

HgCdTe探测器在激光辐照下的温度场模拟

 当强激光辐照光电探测器时,热效应是最主要的破坏机制。探测器表面吸收激光能量导致表面温度升高。温度升高到一定程度,探测器处于非正常工作状态,输出信号失真,不能准确探测信号。而探测器的温度场分布与探测结构和材料的物理性质有很大关系。为研究探测器内部的温度场分布,本文建立了热传导模型,利用Matlab软件数值模拟了激光辐照下探测器内HgCdTe光敏元的温度场分布,并对特定外界环境条件下,激光损伤阈值与胶层的厚度和热导率的关系进行分析,研究结果对探测器激光损伤效应提供有效的理论依据,同时也有助于研究HgCdTe探测器的激光防护性能。     

激光内割过程温度场的数值模拟

对激光内割快速原型系统中激光焦点与透明聚合物材料内部作用后的温度分布进行了研究．在传热学的基础上建立了激光焦点在透明材料内部作用时的温度场模型，借助于大型有限元分析软件ANSYS进行了数值模拟．数值模拟结果与实验现象相符，不仅为优化激光内割系统的工艺参数提供了理论依据，而且对实验过程中出现的一些现象和结果给出了相应的解释。     

飞秒激光脉冲倍频的实验研究

利用2mmKDP晶体对中心波长790nm、脉冲宽度75fs、晶体表面强度约1011W/cm2的超短超强激光脉冲进行了倍频实验研究。通过对基频脉冲能量及频率啁啾的优化,可以获得高于40%的能量转化效率。观测了基频脉冲频率啁啾对倍频光产生的影响,发现激光脉冲啁啾为零时对应的倍频转化效率最高;对于相同的光栅相对位置,正啁啾基频脉冲的倍频转化效率高于负啁啾。     

基于不同扫描路径的激光熔覆温度场数值模拟研究

激光熔覆零件的显微组织、应力/应变分布由加工过程的温度场决定。利用ANSYS有限元分析软件分别对长路径、短路径、螺旋路径条件下45钢基板表面激光熔覆316L不锈钢粉末的物理过程展开数值模拟,求解温度场。认为扫描路径会对熔覆零件的温度分布产生重要影响,短路径扫描容易使热量在局部区域集中,基板长边方向温差较大,宽边方向温度平均;长路径扫描的温度场特征则反之;在螺旋路径条件下,基板宽边方向端部和中心区域的温度波动较为分散,受激光束热影响的程度弱。     

异厚度铝锂合金激光焊接温度场数值模拟研究

对异厚度铝锂合金激光拼焊的温度场进行ANSYS三维瞬态有限元分析。用过渡网格划分网格以保证焊缝处网格足够细小,从而提高计算精度和效率。热源模型选取高斯函数分布,移动热源的加载则利用ANSYS软件的APDL语言编写程序实现,同时利用多步循环来实现对激光焊接过程的模拟,得到相应的温度场分布。从模拟结果可看出,激光焊接过程温度场呈椭圆分布,焊件上形成了准稳态温度场。薄厚两板温度场存在差异,薄板温度场范围、熔池尺寸、熔化范围均大于厚板。为研究材料在激光加工过程的性能改变提供参考。     

单脉冲激光热弹超声脉冲特性理论研究

对梯形激光脉冲入射到半无限弱吸收媒质中热弹激发的超声应力脉冲进行了理论研究,给出了媒质表面束缚和自由两种情况下的超声应力脉冲表达式及其理论曲线.分析表明,表面束缚时应力脉冲为单极性,表面自由时为双极性;应力脉冲比激光脉冲宽,其特性受激光脉冲形状的影响.     

铝青铜表面激光熔覆镍基合金温度场的数值模拟

以铝青铜为基材、铜镍合金为熔覆粉末,采用压粉方式实现激光熔覆加工.对此过程建立二维温度场数值模型,考虑温度变化对铝青铜热物理参数的影响以及表面对流换热、内部结晶潜热等因素,用C++语言编写激光熔覆过程中温度场模型的计算程序.结果表明,激光熔覆加工过程中的温度场变化是由非稳态到达稳态的过程,激光光斑附近温度梯度较大,远离光斑处温度梯度较小.由温度场分布图得知,为优化加工质量,满足熔覆要求,试验应采用由高到低的功率进行熔覆.     

激光熔覆Co基合金应力场的数值模拟

为了分析Co基合金熔覆过程的应力场,建立了激光熔覆预置Co基合金粉末过程的三维模型,考虑温度变化对热物理参数的影响以及表面对流换热和辐射散热等影响因素,使用SYSWELD软件分析了激光熔覆过程中的应力场,并进行了试验验证。结果表明:通过比较分析扫描速度为5 mm/s的涂层获得良好的冶金结合;工件残余应力均为拉应力,且最大值出现在z向距表面约2 mm处,最大变形量出现在工件的边缘位置;随扫描速度的增加,工件的残余应力和变形均明显减小,这说明在其它工艺参数一定的前提下,适当降低扫描速度,能有效减小熔覆层的应力集中,获得质量优异的涂层。模拟结果为激光熔覆过程的工业化提供了理论依据。     

Ionization and dissociation of acetonitrile by intense femtosecond laser pulse

Photoionization and photodissociation of CH3CN were studied by a linear time of flight mass spectrometer coupled with 800 nm, 50 fs laser pulses at intensities of 6.3×1013-1.2×1014 W/cm2. The laser power dependences for principal ions CH3CN+, CH2CN+, CHCN+ and CCN+ were measured, which are consistent with the numbers of photons required to produce the ions via multiphoton ionization and dissociation. The results show that eight-photon non-resonant multiphoton ionization is the main photoionization mechanism of the parent ion CH3CN+, while the fragment ions were produced through the dissociation of the molecules in the super-excited states.     

模具钢激光熔覆的温度场数值计算研究

使用有限元分析软件ANSYS对激光熔覆的表面温度场进行模拟与分析。使用参数化设计语言APDL实现对移动栽荷的加载及ANSYS生死单元方法模拟粉末逐步熔覆的过程。结果表明,激光熔覆是典型的急冷急热加工过程,热影响区成后拖的偏椭圆状图形且面积随时间进行逐渐增大,熔池中心温度随着激光功率的增加而升高,随激光扫描速度的增加而下降。但下降幅度不大。     

Pulse width effect on the dissociation probability of CH4^＋ in the intense femtosecond laser field

The electric field strength of the intense ultrashort laser pulse can reach or exceed 108 V/cm, the intensity of the Coulomb field responsible for the stability of molecules. Exposed to such intense laser fields, mole- cules become unstable, undergoing di…     

连续YAG激光相变硬化三维瞬态温度场数值模拟

采用差分法对连续YAG激光相变硬化三维瞬态温度场进行数值模拟。分析了激光相变硬化过程工件的传热学行为，考虑了工件有限尺寸、激光热流旋加、工件材料热物性参数的温度依赖关系，工件表面辐射及空气对流造成的热损失以及材料固态相变等多方面特点。利用能量平衡法，推导了非均匀空间网格的有限差分方程，用Fortran语言编写了温度场的计算程序。分别计算了一系列工艺参数下42CrMo、60^#碳钢激光相变硬化处理过程的三维瞬态温度场，并预测了激光相变硬化区的半宽度与深度。对42CrMo、60^#碳钢进行激光相变硬化实验，实测了它们在各种工艺参数下处理后相变硬化区的半宽度与深度。计算结果与实验符合较好。     

水闸闸墩温度场及应力场仿真分析

水闸闸墩开裂已成为水闸建设中的通病，要深刻地量化揭示这些裂缝形成的机理，需要发展能精细地模拟混凝土的材料特性、浇筑过程及外界环境条件变化的数值方法。为此，应用非稳定温度场和徐变应力场仿真程序对裂缝产生的原因进行了探讨。结果表明，对水闸闸墩这样的水工蒋壁结构，如果没有有效的温控措施，出现裂缝往往在所难免。