为研究大型构件激光同轴送粉增材连接过程中的热、力、变形，探明三者分布规律和演化特性，采用ANSYS参数化设计语言，通过编程，实现对连接过程的有限元数值仿真。结果表明，由于连接区域占比较小，热影响区集中分布在连接缝周围，当接缝之间距离较小时，热影响区产生重叠。接缝处应力在连接阶段和冷却阶段表现出不同特征：连接时，应力数值不高，应力集中也不明显；冷却初期，应力数值增大的同时范围趋于集中，一段时间后，应力会在高位稳定，接缝处形成集中高应力区。在边界条件制约下，框架纵向翘曲比较明显，圆柱孔连接后会产生形状误差。由于只存在根部与框架之间的变形协调约束，肋板会产生不同方向、角度的偏转。连接位置和约束方式对成形精度有很大影响。

反射镜在光学系统中占有很重要的地位。设计了一种轴式镜架正交的反射镜, 包含了一系列的结构几何对称要素, 其温升和耐振特性均满足使用要求。以三种常见材料作对比, 对反射镜结构的温度响应和振动响应进行了分析。采用有限元分析软件ANSYS Workbench, 得到了三种不同材料反射镜的温度场、热应力、模态、等效应力和应变情况。分析结果表明, 铸铁HT300的温度响应更小, 耐振性更好, 在光学系统的工程实践中有较大的应用空间。

Mini-LED背光模组具有精准的局域控光能力且可实现超薄HDR显示, 目前其已成为显示行业研究热点之一。针对Mini-LED在点灯过程中发生的灭灯现象, 从灯板制作工艺入手, 探讨了灭灯现象发生的机理。并基于有限元模拟方法, 结合灯板制作工艺、灯板结构等实际情况合理建立了Mini-LED模组仿真模型, 模型仿真温度值与实测值对比误差在5%以内。将灯板在高温试验条件下极限状态温度场导入力学仿真模块进行力学模拟, 获得极限状态下的热应力值大小及分布, 并进一步推算出芯片所受最大推力值。将芯片所受推力值模拟结果与实测结果进行对比后, 发现模拟结果位于实测结果的上下四分位数之间, 且大于实测结果平均值, 符合实际情况。基于模拟结果, 改善了芯片锡膏, 在芯片最大推力提高15%的情况下, 实测芯片推力值的下四分位数值大于模拟值, 且Mini-LED灭灯的发生概率从1.13×10-4降低到了1×10-5以下, 改善效果明显。

为分析热-机械耦合作用下黏结材料对变形镜应力特性的影响,利用有限元方法建立了含黏结材料的变形镜模型。采用顺序耦合分析方法分析和比较了三种典型黏结材料对变形镜应力分布的影响,并讨论了在不同胶层厚度下变形镜最大应力的变化规律。结果表明,在实际的变形镜系统中,由于热-机械耦合作用,黏结材料的特性和参数会对变形镜的应力特性产生明显的影响。黏结材料对变形镜前表面的应力分布与面形峰谷值几乎没有影响,而对其后表面的应力分布影响较大,尤其会导致镜面与极头连接处的应力明显增大。对于不同的黏结材料,黏结材料的弹性模量和热膨胀系数越小,变形镜所受的应力越小。在三种典型的黏结材料中,胺类固化环氧5222材料对应的变形镜应力最大,酚醛环氧树脂T300材料对应的变形镜应力最小,而酚醛环氧树脂4221材料对应的变形镜应力居二者之间。此外,黏结材料的胶层厚度会直接影响变形镜的应力特性,其最大应力值随胶层厚度的增大而明显减小。在变形镜制作过程中,应在有效控制胶层内部气泡等缺陷产生的前提下选择较厚的黏结厚度。

为了减少熔覆开裂，提高熔覆质量，本文采用一定光束间距的并联双光束激光对铸铁表面进行熔覆，建立熔覆过程三维热力耦合模型，分析双光束激光熔覆热/力特征变化。计算结果表明，双光束激光在提高熔覆效率的同时，相邻两熔道彼此进行预热与缓冷，减小了激光熔覆过程中急剧升温与冷却产生的巨大温度梯度，降低熔层和结合区的残余应力水平，进而达到抑制裂纹产生的效果。1 800 W-1 400 W功率组合、光束间距为12.5 mm是较为理想的参数组合。

由量纲理论出发,分析了激光辐照热力耦合理论的无量纲化基本方程组.在一定的近似条件下,导出了激光辐照热力耦合问题的一般相似性准则,该相似准则不受与温度相关的材料特性的约束.在此基础上给出了强激光辐照充压圆柱壳体热力效应的缩比方法,并对一组实例进行了计算,得到了缩比模型与原型结果几乎完全相似的结论.理论分析与数值计算表明,激光辐照热力耦合问题在合理的近似下满足相似律.

利用有限Hankel变换法,导出了周界等温-弹性支撑圆薄板在激光束辐照下的轴对称耦合热弹性弯曲振动近似解;针对具有不同弹性模量和热膨胀系数的薄板进行了热力耦合和非耦合弯曲振动的解析和有限元计算与分析。结果表明:热力耦合效应使薄板振动的振幅和周期都有所减小,其程度与材料的性能参数(如弹性模量和热膨胀系数等)密切相关,材料弹性模量和热膨胀系数越大,板振动中的热力耦合效应就越明显。