強(qiáng)激光熱作用數(shù)值計算及光束參數(shù)表述的研究.pdf

1、本研究工作通過較嚴(yán)格的理論計算及實驗研究,利用熱傳導(dǎo)方程的解析解和半解析計算方法考查激光參數(shù)的上述表述及基于這些表述及相應(yīng)的熱作用計算公式描述實際問題的可行性,詳細(xì)討論了影響熱處理結(jié)果的主要因素,并得到如下結(jié)論:1、當(dāng)激光光束分布是中央有極大值,并且形式上和基橫模高斯光束分布相似的情況時,將光束等效為基橫模高斯光束進(jìn)行熱作用計算還是可行的(如YAG激光器輸出光束計算相變硬化帶平均誤差約為:20﹪).如將本文討論的YAG激光器輸出光束視為

2、TEM<,00>+TEM<,01>按某種比例的強(qiáng)度疊加的模式,可以進(jìn)一步減小理論計算與實驗測量的誤差.2、如果激光光束分布呈復(fù)雜高階模分布,利用86.5﹪環(huán)圍(桶中)功率法將光束等效為高斯光束后,激光熱處理溫度場計算將和實際結(jié)果有較大的誤差(如HJ-3型激光器輸出光束計算相變硬化帶平均誤差達(dá)46﹪左右).3、使用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對束寬的定義,把實際光束等效為橢圓高斯光束能得到和實際測量結(jié)果更接近的結(jié)果,但還是無法滿足定量計算的要求.4、理

3、論及實驗研究均表明,不同的激光設(shè)備,甚至同一設(shè)備的不同調(diào)節(jié)狀況,例如激光諧振腔輕微失調(diào),其輸出光束的功率密度分布也會有很大的區(qū)別.因此,如果不加分析地用高斯光束來等效實際光束,并簡單地使用理想化后的高斯光束的溫度場計算公式來研究熱作用,對實際問題將產(chǎn)生較大偏差.5、在激光熱處理的應(yīng)用研究中,僅僅用光束半徑、離焦量及激光功率來描述實際熱處理光束是不充分的.我們認(rèn)為,在激光熱作用的應(yīng)用研究中,隨著強(qiáng)激光測量手段的進(jìn)步與普及,將到達(dá)材料表面的