短脉冲激光加热分数阶导热及其热应力研究

发布时间：2022-01-27 20:50

　　短脉冲激光加热引起材料内部复杂的传热过程及热变形,现有的以Fourier定律或Cattaneo-Vernotte松弛方程结合弹性理论为框架建立起来热应力理论在刻画其热物理过程存在严重缺陷.本文基于分数阶微积分理论,以半空间为研究对象,建立了分数阶Cattaneo热传导方程和相应的热应力方程,给出了问题的初始条件和边界条件,采用拉普拉斯变换方法,给出了非高斯时间分布激光热源辐射下温度场和热应力场的解析解,研究了短脉冲激光加热的温度场及热应力场的热物理行为.数值计算中,首先对理论解进行数值验证,然后取分数阶变量p=0.5研究温度场和热应力场的变化特点及激光参数对温度和热应力的影响,最后数值计算分数阶参数对温度和热应力场的影响.计算结果表明,分数阶Cattaneo传热方程和热应力方程描述的温度和热应力任然具有波动特性,与经典的Fourier传热模型和标准的Cattaneo传热模型相比,分数阶阶次越大,热波波速越小,热波波动性越明显;反之,则热波波速越大,热扩散性越强.激光加热和冷却的速度越快,温度上升和下降的速度越快,压应力和拉应力交替变化越快,温度变化幅值越小,热应力幅值影响不明显. 

【文章来源】：力学学报. 2020,52(02)北大核心EICSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

受短脉冲激光加热的半无限体

激光热源功率强度时间分布函数f(t)

式(33)是任意分数阶温度的级数近似解,文献[44]给出p=1时的精确解,但激光源不同,为检验解的正确性,在采用本文激光源情况下,图3给出了表面温度变化的对比,由图3可知两者是吻合的,由此可知温度场解(33)是正确的．3.2 无量纲温度及热应力场随时间、空间分布

【参考文献】：
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本文编号：3613067