超短激光脉冲加热薄板的广义热弹扩散问题

发布时间：2021-12-10 18:35

　　由于超短激光脉冲具有功率密度高、持续时间短、加工精度高等优势,近年来被广泛应用于超精细加工、光学储存和微电子器件制造等领域.本文基于L-S型广义热弹扩散理论,建立了考虑材料记忆依赖效应和空间非局部效应的记忆依赖型非局部广义热弹扩散耦合理论,它能够准确预测几何尺寸与内部特征尺寸相近结构的热弹扩散瞬态响应.推导了所建理论的控制方程,并基于拉普拉斯积分变换获得了控制方程的解.作为算例,利用所建理论和求解方法研究了半无限大薄板受非高斯激光脉冲加热和化学冲击联合作用下的热弹扩散瞬态响应问题,得到了薄板的温度、化学势、位移、应力和浓度等随非局部参数、热时间迟滞因子和扩散时间迟滞因子等参数变化的分布规律.结果表明:传热对传质影响显著,传质对传热影响甚微;非局部参数对位移、应力影响显著,对温度、化学势和浓度几乎没有影响.该理论及求解方法的建立,旨在实现材料在机械、热、化学势等冲击作用下传热传质瞬态响应的准确预测. 

【文章来源】：力学学报. 2020,52(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

半无限大薄板边界受到热和化学冲击

比较图5(a)和图4(b)可知,随热时间迟滞因子ω1的变化,化学势图像变化显著,随扩散时间迟滞因子ω2的变化,温度图像几乎重合,此现象表明:传热对传质过程影响显著,而传质对传热过程影响甚微由图5(b)可知,扩散时间迟滞因子越小,扩散波传播的距离越远,其原因是:迟滞时间越短,意味着过去态越接近于现在状态,即时间越长,波传播的距离就越远.当ω2的取值为小量(0.001)时,记忆依赖非局部模型与L-S模型的化学势曲线接近,此结论与理论预测一致,可验证本文模型的准确性.图5(c)、图5(d)和图5(e)表明:位移峰值随扩散时间迟滞因子的增大而增大,在靠近边界处,位移最大值随扩散时间迟滞因子的增大而增大;应力峰值的绝对值和浓度随扩散时间迟滞因子的增大而减小.图5 随扩散时间迟滞因子的变化.(a)无量纲温度,(b)无量纲化学势,(c)无量纲位移,(d)无量纲应力,(e)无量纲浓度的分布规律

随扩散时间迟滞因子的变化.(a)无量纲温度,(b)无量纲化学势,(c)无量纲位移,(d)无量纲应力,(e)无量纲浓度的分布规律

【参考文献】：
期刊论文
[1]短脉冲激光加热分数阶导热及其热应力研究[J]. 许光映,王晋宝,薛大文.  力学学报. 2020(02)
[2]脉冲激光与正激波相互作用过程和减阻机理的实验研究[J]. 王殿恺,文明,王伟东,卿泽旭.  力学学报. 2018(06)
[3]考虑非局部效应和记忆依赖微分的广义热弹问题[J]. 张培,何天虎.  力学学报. 2018(03)



本文编号：3533175