为研究选区激光熔化成形过程中热累积效应对0°和90°两种构建方向性能的影响，在ANSYS模拟熔池尺寸和热累积效应的基础上，通过试验分析0°和90°两种构建方向的熔池尺寸、致密度、XRD、微观组织和力学性能的差异。结果表明，在相同体能量密度条件下，垂直构建成形件的热累积效应要高于水平构建成形件，使其熔池尺寸和γ相含量高于水平构建成形，进而使两种构建方向成形件致密度和力学性能产生差异；同时，由于热累积效应的影响，垂直构建成形件的γ相含量随成形高度的变化而变化。

飞秒激光加工具有脉冲作用时间短、峰值功率高、热影响区小的特点, 但在材料去除过程中仍然存在热累积效应。脉冲间的热累积效应对加工质量及热影响区均有直接影响。采用飞秒脉冲激光对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)进行扫描刻蚀试验, 运用三维传热模型对脉冲光斑作用区域温度场进行研究, 进而对飞秒激光的热累积效应进行探讨。结果表明：脉冲能量及重复频率对热累积的影响较为显著; 三维传热模型的计算结果与试验结果基本吻合, 对飞秒激光加工CFRP材料中的热累积效应控制具有指导意义。

利用分子动力学模型模拟出单个脉冲作用后的热传导过程, 并得到了在下个脉冲辐照前硅材料表面的温度变化情况, 深入探究了非辐射复合及表面浮雕结构对硅表面温度的影响, 并根据分子动力学方程数值模拟了多脉冲飞秒激光烧蚀硅材料的超快热响应, 分析了电子与晶格的瞬态热平衡和硅表面最大温度随俄歇复合的变化。针对硅材料加工领域中高频多脉冲持续扫描硅表面的情况, 建立了宏观加热机制, 以减轻加工过程中的热累积效应。当采用较高重频脉冲时, 宏观热模型计算结果表明多脉冲扫描硅表面时, 温度的热积累不仅与光源本身入射通量和重频有关, 也与扫描速度有关。实验中运用通量为1～2 J/cm2、重频为10 Hz～1 kHz的飞秒激光光源烧蚀硅靶, 发现低频脉冲下表面熔融、氧化等现象不利于产生光滑孔状形貌。

翘曲变形是影响复合板激光弯曲成形精度的重要因素。基于ANSYS软件和电子探针面扫描实验, 建立了含结合面的不锈钢-碳钢复合板激光弯曲有限元模型, 对一次扫描过程中产生的翘曲变形进行数值模拟。通过模拟激光作用下复合板的温度场、应力场及残余应力分布, 结合自由端的变形, 分析了翘曲变形产生的过程及原因。模拟结果表明: 激光扫描过程中, 受初始温度及边界效应的影响, 扫描线上各点最高温度分布的不均匀百分比为18.33%。经0.2 s热传导及热量散失的共同作用后, 扫描线中间区域出现热累积现象, 热应力增大, 产生了翘曲变形。对扫描线到自由端整体区域进行残余应力模拟分析可知, 板材在其区域内部产生了翘曲作用力与区域周边约束反作用力, 其大小和方向与翘曲的变形吻合。对比实验数据和模拟结果, 翘曲线最大误差为3.90%, 其中, 弦高误差为3.33%, 为复合板激光弯曲成形的角度控制提供了计算依据。

超短脉冲激光可以直接对玻璃进行焊接,不需要在两片玻璃之间添加吸收介质,也不需要对材料进行热处理,应用前景广阔。利用飞秒激光热累积效应成功实现了石英玻璃之间的焊接,研究了激光重复频率和激光功率对玻璃焊接质量的影响。石英玻璃焊接区由3部分构成,包括顶部的圆形空腔、中部的熔融区域和底部的线形损伤结构,石英玻璃的焊接强度是3部分结构共同作用的结果。实验表明:在保持激光重复频率为500 kHz时,熔融区面积随着激光功率的增大而增大,但是焊接强度出现了先增大后减小的趋势;在保持激光功率为4.14 W时,熔融区面积和焊接强度随激光重复频率增长而减小。此外,还实现了铝硅酸盐玻璃之间和钠钙玻璃之间的焊接,并对不同成分玻璃的焊接端面形貌进行了对比。

基于激光熔化沉积技术, 在6061铝合金表面进行了激光熔化沉积AlSi10Mg 铝合金试验, 并引入基体热累积因子XR(红外测温仪监测的温度TR与采集距离R的比值)来研究基体热累积对单道沉积层形貌的影响。结果表明, 随着沉积的不断推进, XR逐渐增大并最终趋于稳定, 即基体热累积量不断增加, 且最终与环境的换热达到动态平衡。此外, 随着XR的增加, 沉积层截面形貌呈扁平化趋势, 具体表现为沉积层宽度和熔池深度逐渐变大, 而沉积层高度变化不明显。研究还表明, 在一定的工艺范围内, 接触角随着XR的增大而减小, 而稀释率随着XR的增大而增大, 并且接触角和稀释率都与XR呈线性相关。

为进一步提高碳纳米管阴极的场发射能力，分析了不同条件下碳纳米管的场发射测试结果，研究了热累积效应对碳纳米管场发射性能的影响。实验结果表明，通过抑制场发射测试过程中阳极的热累积，可获得更大的发射电流和发射电流密度。该研究为进一步提高碳纳米管阴极场发射能力提供了参考。

光热效应是激光与生物组织相互作用时发生的重要效应之一，但其产生、传输和作用机理尚不十分清晰。激光辐照生物细胞时，温度是衡量其作用效果的重要参数，生物细胞中温度的变化间接反映了细胞的多种物理特性，在临床应用中有重要作用。建立了激光辐照生物细胞时的数值模拟模型，通过热传输方程，运用有限元软件模拟并分析了激光辐照生物细胞时的热累积现象。拟合并分析了不同斩波周期下生物细胞的温度变化过程，并拟合出斩波周期为0.1 s、辐照时间为0.2 s时出现的两次温升、两次温降方程。实验结果表明只有当斩波频率达到一定值时才会出现热累积现象；同一激光辐照细胞热模型到达的最高温度与激光的斩波频率有关，激光斩波频率越高，所产生的光热效应越低。

采用脉冲激光重熔Zr55Cu30Al10Ni5块体非晶合金, 研究了脉冲激光频率对激光重熔块体非晶合金晶化行为的影响。实验结果表明, 对于给定的能量密度, 在脉冲频率低于一临界值时, 脉冲频率对晶化几乎没有影响。反之, 晶化程度随脉冲频率的增加迅速增加。采用有限元方法模拟了激光重熔非晶合金的温度场, 发现过高的脉冲激光频率会产生热累积效应, 进而对激光熔池热影响区的晶化行为产生重要影响。其中, 热累积效应的影响分为两种, 第一种是由于脉冲激光频率过高时, 受合金自身热扩散能力所限, 前后两个脉冲激光重熔所引起的熔池局域高温区发生重叠, 进而引起熔池局域过热。这种热累积效应只能靠降低频率来避免。第二种是试样周围的散热条件差, 在激光加工时使得材料整体升温而降低了冷却速度。这种热累积效应可以靠加强材料周围的散热来抑制。

采用有限差分法对约化后的双温方程进行数值模拟．研究了飞秒激光与金属铜相互作用时，脉冲形状对烧蚀结果的影响．结果表明：脉冲能量确定时，脉冲形状对烧蚀结果影响不大；多脉冲作用时，脉冲重复频率只有在一定范围内(随材料属性改变)，脉冲间的热累积效应才存在；对传导性好的金属材料，热累积效应不明显．并实验证实了上述结果．