长脉冲激光与金属相互作用分析

长脉冲激光与金属相互作用分析

论文摘要

本文从理论和数值模拟的角度研究了Nd:YAG和CO2长脉冲激光作用于金属靶材时各种因素对靶材温度场分布的影响,同时,讨论了靶材物质对激光的反射、吸收和转化的基本机制。文章主要介绍了有限元单元分析软件ANSYS的特点、应用和基本的分析过程,并且利用ANSYS建立了三维有限元模型。在考虑金属的热物理参数随温度变化的情况下,模拟了激光辐照不同金属表面的温度场,得到了在激光作用下,金属上下表面的温度场的分布,以及光斑中心温度随时间变化的曲线,分析了波长/光斑半径/辐照时间/金属对激光的吸收系数等影响激光与金属相互作用的因素。所得结论对激光精细加工/激光武器的研究有一定的借鉴意义。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 强激光对物质的加热、熔融和气化作用的研究现状
  • 1.3 激光与物质相互作用过程数值模拟研究的特点和问题
  • 1.4 选题依据
  • 第二章 物质对激光的反射和吸收
  • 2.1 金属对激光反射与吸收的经典电磁理论
  • 2.2 物质光学特性的微观理论
  • 2.3 温度和表面状况对金属光学特性的影响
  • 2.4 激光能量的吸收和转化
  • 第三章 激光对固体材料的热效应
  • 3.1 材料的热物理性质
  • 3.2 激光加热下物体的温度场
  • 3.3 激光引起材料的熔化
  • 3.4 激光参数对材料的热损伤阈值的影响
  • 第四章 激光对金属材料的加热、熔融过程的温度场
  • 4.1 固相非线性热传导问题的基础理论和相关公式
  • 4.2 熔融状态的热学方程
  • 第五章 数值模拟理论与软件ANSYS
  • 5.1 有限元法
  • 5.2 温度场的求解
  • 5.3 有限元软件ANSYS
  • 5.4 基于ANSYS的温度场计算
  • 第六章 长脉冲激光辐照金属靶材的温度场
  • 6.1 模型的建立及网格划分
  • 6.2 高斯激光辐照30CrMnSiA调治钢钢板的温度场
  • 6.3 2A12CZ(原LY12CZ)铝合金靶作用的温度场分布
  • 结论
  • 致谢
  • 参考文献
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