短脈沖激光加熱引起材料內(nèi)部復(fù)雜的傳熱過程及熱變形,現(xiàn)有的以Fourier定律或Cattaneo-Vernotte松弛方程結(jié)合彈性理論為框架建立起來熱應(yīng)力理論在刻畫其熱物理過程存在嚴(yán)重缺陷.本文基于分?jǐn)?shù)階微積分理論,以半空間為研究對象,建立了分?jǐn)?shù)階Cattaneo熱傳導(dǎo)方程和相應(yīng)的熱應(yīng)力方程,給出了問題的初始條件和邊界條件,采用拉普拉斯變換方法,給出了非高斯時間分布激光熱源輻射下溫度場和熱應(yīng)力場的解析解,研究了短脈沖激光加熱的溫度場及熱應(yīng)力場的熱物理行為.數(shù)值計(jì)算中,首先對理論解進(jìn)行數(shù)值驗(yàn)證,然后取分?jǐn)?shù)階變量p=0.5研究溫度場和熱應(yīng)力場的變化特點(diǎn)及激光參數(shù)對溫度和熱應(yīng)力的影響,最后數(shù)值計(jì)算分?jǐn)?shù)階參數(shù)對溫度和熱應(yīng)力場的影響.計(jì)算結(jié)果表明,分?jǐn)?shù)階Cattaneo傳熱方程和熱應(yīng)力方程描述的溫度和熱應(yīng)力任然具有波動特性,與經(jīng)典的Fourier傳熱模型和標(biāo)準(zhǔn)的Cattaneo傳熱模型相比,分?jǐn)?shù)階階次越大,熱波波速越小,熱波波動性越明顯;反之,則熱波波速越大,熱擴(kuò)散性越強(qiáng).激光加熱和冷卻的速度越快,溫度上升和下降的速度越快,壓應(yīng)力和拉應(yīng)力交替變化越快,溫度變化幅值越小,熱應(yīng)力幅值影響不明顯. 

【文章來源】：力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,52(02)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

受短脈沖激光加熱的半無限體

激光熱源功率強(qiáng)度時間分布函數(shù)f(t)

式(33)是任意分?jǐn)?shù)階溫度的級數(shù)近似解,文獻(xiàn)[44]給出p=1時的精確解,但激光源不同,為檢驗(yàn)解的正確性,在采用本文激光源情況下,圖3給出了表面溫度變化的對比,由圖3可知兩者是吻合的,由此可知溫度場解(33)是正確的．3.2 無量綱溫度及熱應(yīng)力場隨時間、空間分布

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]關(guān)于極端力學(xué)[J]. 鄭曉靜.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2019(04)
[2]脈沖激光與正激波相互作用過程和減阻機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 王殿愷,文明,王偉東,卿澤旭.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2018(06)
[3]考慮非局部效應(yīng)和記憶依賴微分的廣義熱彈問題[J]. 張培,何天虎.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2018(03)
[4]分?jǐn)?shù)階廣義熱彈性理論下中空柱熱彈性分析[J]. 朱海陶,萬永平.  應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào). 2017(02)
[5]熱沖擊下理想黏結(jié)三明治板的分?jǐn)?shù)階廣義熱彈性問題分析[J]. 徐業(yè)守,徐趙東,何天虎,陳錦祥,張永勝,胡健,王康建.  東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(01)
[6]基于分?jǐn)?shù)階熱彈性理論的含有球型空腔無限大體的熱沖擊動態(tài)響應(yīng)[J]. 馬永斌,何天虎.  工程力學(xué). 2016(07)
[7]彈性半空間熱沖擊問題的廣義熱彈性解[J]. 王穎澤,王謙,劉棟,宋新南.  應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué). 2014(06)
[8]短脈沖激光輻照的非傅里葉熱力耦合效應(yīng)[J]. 李名銳,胡漢平.  中國激光. 2009(08)
[9]納秒脈沖激光沉積薄膜過程中的燒蝕特性研究[J]. 譚新玉,張端明,李智華,關(guān)麗,李莉.  物理學(xué)報(bào). 2005(08)



本文編號：3613067