涂层基体在脉冲激光辐照下的非傅里叶效应分析

发布时间：2017-10-19 13:08

  本文关键词：涂层基体在脉冲激光辐照下的非傅里叶效应分析

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【摘要】：近年来随着超短脉冲激光加工技术的飞速发展,在纳微尺度传热的研究越来越重要。涂层技术是改良基体物理性能的有效手段,在计算机集成电路板和航天工业等领域广泛应用。大量实验表明超快速纳微尺度的加热情况非傅里叶效应不能忽略。本文基于非傅里叶Cattaneo-Vernotte方程导热理论,研究了涂层基体在强激光辐照下的非傅里叶效应。将涂层结构抽象为具有一定厚度的薄层和无限厚度的半无限体的一维情况,运用拉普拉斯积分变换的方法,推导出脉冲激光热流作用薄层半无限体温度场应力场的L氏域解析解,采用加速收敛反演积分的数值方法,使用MATLAB编程计算得到结果。主要取得的成果如下：(1)激光强度在加热范围内,薄层半无限体在脉冲热流作用下,温度随时间的推移而升高,呈现出明显的波动性。温度场的分布与材料的热弛豫时间、入射热流脉宽等有关。热弛豫时间越大,非傅里叶效应越明显；脉宽越大,温度的波动幅度较大。(2)在正弦脉冲热流作用下,薄层半无限体中会出现拉压应力。应力最大值出现在半无限体中距界面约1倍薄层厚度位置处,应力最大值约为薄层与半无限体界面处应力峰值的2倍。增大薄层厚度有利于减小半无限体中的应力峰值,但不能消除。
【关键词】：超短脉冲激光辐照 C-V热波方程 非傅里叶效应 高温涂层
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124;TN24
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 1 引言9-16
• 1.1 选题的背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 非傅里叶研究进展10-13
• 1.2.2 激光技术的发展13
• 1.2.3 积分变换方法应用进展13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 2 基于C-V方程的非傅里叶效应分析16-33
• 2.1 涂层基体的非傅里叶导热模型16-18
• 2.2 薄层半无限体温度场解析推导18-21
• 2.2.1 控制方程18-19
• 2.2.2 边界条件与初始条件19
• 2.2.3 求解过程19-21
• 2.2.4 温度场L域解析解21
• 2.3 薄层半无限体应力场解析推导21-29
• 2.3.1 控制方程21-24
• 2.3.2 边界条件与初始条件24
• 2.3.3 求解过程24-28
• 2.3.4 应力场L域解析解28-29
• 2.4 LAPLACE数值反演方法29-33
• 3 超短脉冲热流加热薄层半无限体的温度场33-54
• 3.1 温度分布33-37
• 3.2 弛豫时间对温度分布的影响37-43
• 3.3 入射热流脉宽对温度分布的影响43-46
• 3.4 薄层厚对温度分布的影响46-54
• 4 超短脉冲热流加热薄层半无限体的应力场54-65
• 4.1 应力分布54-57
• 4.2 弛豫时间对应力分布的影响57-58
• 4.3 薄层厚度对应力分布的影响58-64
• 4.4 半无限体弹性模量对应力分布的影响64-65
• 5 结论与展望65-66
• 5.1 结论65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-69
• 附录A69-73
• 学位论文数据集73

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1 马彤辉;涂层基体在脉冲激光辐照下的非傅里叶效应分析[D];北京交通大学;2016年

2 李凯;薄膜材料在强激光辐照下的非傅里叶效应分析[D];北京交通大学;2014年

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本文编号：1061260