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基于ANSYS的脉冲激光辐照石英玻璃的温度场数值模拟

2012-02-01冯云松李晓霞

物理实验 2012年2期
关键词:有限元

冯云松,李晓霞

(1.脉冲功率激光技术国家重点实验室,安徽合肥230037;2.安徽省红外与低温等离子体重点实验室,安徽合肥230037)

1 引 言

石英玻璃具有优良的物理性能和化学性能,其具有极强的耐热冲击能力,热膨胀系数低,高温下工作稳定性好以及从紫外到红外的波长范围内具有很高的光透过率等优点,广泛用作各类光学系统的窗口材料及一些滤光片的基体材料.随着激光技术的发展和高功率激光的应用,激光武器可对光电系统的光学元件造成硬损伤,极大地影响到光电装备的性能,因此,研究激光辐照对石英玻璃的热作用具有非常重要的意义[1].

ANSYS是集结构、热、流体、电磁、声学于一体的以有限元分析为基础的大型通用CAE软件,广泛应用于机械制造、航空航天、电子、土木工程、水利、石油化工、轻工等众多的工业领域,能够解决各种稳态、瞬态、线性和非线性热传导问题,适用复杂形状结构和各种材料及边界条件.ANSYS提供专门参数化设计语言APDL,可方便地进行2次开发.本文以石英玻璃为研究对象,脉冲功率激光作为加热热源,利用APDL语言对激光辐照石英玻璃过程的温度场进行数值模拟和仿真,得到其温度分布规律[2-3].

2 理论模型

激光辐照材料时,一部分能量被反射,而另一部分能量被材料的表层所吸收并转化为热.该能量通过热传导在靶材内扩散,形成温度场.当激光辐照材料时,材料吸收的光能转变成热能的,并且迅速建立局部的热动态……

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