超短脉冲激光辐照薄膜结构的热-力耦合分析

发布时间：2023-02-12 10:54

　　准确揭示超短脉冲激光加热、微机电等高新技术以及薄膜结构在现代工业中的广泛应用所带来的时间极短、尺度微观的超急速传热过程及其诱发的热-力耦合行为,对于提高激光微加工过程的控制精度、揭示薄膜结构的热物性特征、优化微电子器件的工况性能,延长其服役能力具有重要的科学意义。本文基于包含双延迟时间并能够在同一框架内描述宏观或微观热传递现象的DPL模型及广义热弹性理论,围绕具有微结构尺度特征的薄膜结构(金属薄膜、金属-陶瓷功能梯度薄膜)在超短脉冲激光辐照下的传热行为及力学性能展开研究,具体研究内容如下:1、超短脉冲激光辐照下薄膜结构的瞬态热响应分析,首先基于DPL模型构建了描述薄膜内热传导的偏微分控制方程,提出一种基于Laplace终值定理的渐进求解方法推导出瞬态热冲击下温度场的渐进解析表达式,对比文献中数值解验证了求解结果的准确性,并在此基础上分析了不同相位滞后时间、薄膜厚度及材质对温度分布的影响。2、变物性条件下超短脉冲激光辐照薄膜结构的瞬态热响应分析,基于常物性条件下的双相滞后热传导模型,计及材料物性空间性,构建了变物性条件下描述薄膜传热过程的偏微分控制方程,采用一种基于分层法和Laplace...

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 非傅里叶热传导理论研究
        1.2.2 广义热弹性理论研究
        1.2.3 广义非傅里叶热弹性问题的研究方法
        1.2.4 薄膜结构的热-力耦合研究的研究现状
    1.3 本文结构安排
第二章 超短脉冲激光辐照金属薄膜传热行为的渐进分析
    2.1 引言
    2.2 常物性条件下热传导模型的构建
        2.2.1 热传导模型的构建
        2.2.2 物理模型的构建
    2.3 常物性条件下热传导模型的求解
        2.3.1 方程的无量纲化
        2.3.2 空间域内控制方程的求解
        2.3.3 时间域内控制方程的求解
    2.4 验证与讨论
        2.4.1 方法的验证
        2.4.2 分析与讨论
    2.5 本章小结
第三章 变物性条件下超短脉冲激光辐照薄膜结构传热行为的渐进分析
    3.1 引言
    3.2 变物性条件下热传导模型的构建
        3.2.1 功能梯度材料的变化规律
        3.2.2 物理模型的构建
    3.3 变物性条件下热传导模型的求解
        3.3.1 方程的无量纲化
        3.3.2 功能梯度材料薄膜结构的解析模型
        3.3.3 空间域内控制方程的求解
        3.3.4 时间域内控制方程的求解
    3.4 验证与讨论
        3.4.1 方法的验证
        3.4.2 分析与讨论
    3.5 本章小结
第四章 超短脉冲激光辐照金属薄膜热弹性行为的渐进分析
    4.1 引言
    4.2 常物性条件下双相滞后广义热弹性动力学模型的构建
        4.2.1 常物性条件下双相滞后广义热弹性控制方程的构建
        4.2.2 物理模型的构建
    4.3 常物性条件下控制方程的渐近求解
        4.3.1 方程的无量纲化
        4.3.2 空间域内控制方程的求解
        4.3.3 时间域内控制方程的求解
    4.4 验证与讨论
        4.4.1 结果验证
        4.4.2 分析与讨论
    4.5 结论
第五章 变物性条件下超短脉冲激光辐照薄膜结构热弹性行为的渐进分析
    5.1 引言
    5.2 变物性条件下双相滞后广义热弹性动力学模型的构建
        5.2.1 变物性条件下双相滞后广义热弹性控制方程的构建
        5.2.2 物理模型的构建
    5.3 变物性条件下控制方程的渐进求解
        5.3.1 控制方程的无量纲化
        5.3.2 功能梯度材料层合膜的解析模型
        5.3.3 空间域内控制方程的求解
        5.3.4 时间域内控制方程的求解
    5.4 验证与讨论
        5.4.1 结果验证
        5.4.2 分析与讨论
    5.5 结论
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文及其他科研成果



本文编号：3740975