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激光辐照材料表层温升规律的数值模拟

马健 赵扬 郭锐 宋江峰 贾中青 刘帅 孙继华

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激光辐照材料表层温升规律的数值模拟

    作者简介: 马健(1982- ),男,研究实习员,主要从事无损检测方面的研究工作。E-mail:majianem@163.com.
  • 基金项目:

    国家自然科学基金资助项目(51205240);山东省优秀中青年科学家科研奖励基金资助项目(BS2011ZZ016)

  • 中图分类号:

    TN247

Numerical simulation of temperature rise of material surface irradiated by the laser

  • CLC number:

    TN247

  • 摘要: 为了在烧蚀机制下的激光超声检测中合理加载激光能量,获得幅值较大的超声信号而不过于损伤被检材料,需要分析激光辐照材料表层的温升规律及激光烧蚀的问题。建立了激光辐照材料的理论模型,激光以热流密度的形式加载于材料表面。结合导热微分方程,将对流传热和辐射传热一同考虑,并在材料表层升温过程中有效处理了相变潜热,对材料表层受激光辐照的温度场进行了数值模拟。给出了激光烧蚀材料有限元分析的程序流程,选择45#钢坯为例进行激光辐照仿真计算,分析了钢坯表层受激光辐照区域、区域下方及区域边界附近节点的温升规律,并对比钢坯受激光辐照的实际烧蚀情况和通过采集激光超声波信号进行了验证。结果表明,数值模拟能够为后续热应力分析中载荷的加载提供依据,并为激光超声检测中激光能量的加载提供了参考。
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-09-03
  • 录用日期:  2012-10-22
  • 刊出日期:  2013-07-25

激光辐照材料表层温升规律的数值模拟

    作者简介: 马健(1982- ),男,研究实习员,主要从事无损检测方面的研究工作。E-mail:majianem@163.com
  • 1. 山东省科学院 激光研究所, 济南 250014
基金项目:  国家自然科学基金资助项目(51205240);山东省优秀中青年科学家科研奖励基金资助项目(BS2011ZZ016)

摘要: 为了在烧蚀机制下的激光超声检测中合理加载激光能量,获得幅值较大的超声信号而不过于损伤被检材料,需要分析激光辐照材料表层的温升规律及激光烧蚀的问题。建立了激光辐照材料的理论模型,激光以热流密度的形式加载于材料表面。结合导热微分方程,将对流传热和辐射传热一同考虑,并在材料表层升温过程中有效处理了相变潜热,对材料表层受激光辐照的温度场进行了数值模拟。给出了激光烧蚀材料有限元分析的程序流程,选择45#钢坯为例进行激光辐照仿真计算,分析了钢坯表层受激光辐照区域、区域下方及区域边界附近节点的温升规律,并对比钢坯受激光辐照的实际烧蚀情况和通过采集激光超声波信号进行了验证。结果表明,数值模拟能够为后续热应力分析中载荷的加载提供依据,并为激光超声检测中激光能量的加载提供了参考。

English Abstract

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