为精准还原单脉冲激光褪漆过程，建立了单点褪漆有限元计算模型，分析了激光褪漆的温度场和热应力场变化规律，通过生死单元技术实现了漆层形貌仿真还原，并完成了不同功率的激光试验对比验证。结果表明：单脉冲激光褪漆过程中，温度判据决定最大烧蚀形貌深度，热应力判据决定最大烧蚀形貌宽度。所提多物理场分析模型获得的褪漆形貌与试验的平均贴合度达到93.3%，较传统单温度场的仿真形貌精度提高6.5%，该研究对实际激光褪漆工艺具有较好的指导与应用价值。

基于热-结构间接耦合非线性有限元分析,在不同的激光工艺参数下,利用ANSYS生死单元技术对激光熔覆的温度场和应力场进行了数值模拟,研究了激光功率和扫描速度对温度场和应力场分布规律的影响。结果表明,通过分析有限元模型的温度分布规律和试件金相组织的形貌特征,验证了该模型的可靠性;熔覆层温度变化分为脉冲式急速上升和呈双曲线形状下降两个阶段;沿激光扫描方向,熔覆层表面多个节点的温度-时间曲线具有逐渐增大的峰值;熔覆层与基体结合面中部沿Z轴方向,靠近固定端应力较大,基底中部沿X轴方向应力呈W状对称分布,自由端中部沿Y轴方向,熔覆层和基体结合处易产生应力集中和突变。

针对激光选区熔化(SLM)成形过程中易发生翘曲变形的问题,建立了一种“热源-局部-结构件”三级递进模型,采用生死单元法模拟了SLM成形中层层叠加的过程,并逐层施加固有应变,得到了宏观结构件SLM成形的变形趋势预测结果。将仿真结果与实际成形件进行对比,结果表明,固有应变有限元法能够有效预测SLM成形件的变形量。

通过表面形貌观察、温度场分析，研究了切向空气气流、切向氮气气流、自然对流3种环境下氟化氘(DF)激光对45#钢靶的辐照效应，结果表明: 切向空气气流环境下，钢靶烧蚀效果最显著，靶板后表面中心温升最高; 切向氮气气流环境下，钢靶有一定的烧蚀，但温升最低; 自然对流环境下，烧蚀效果最差。实验结果表明: 切向气流可移除部分熔化物，特别在切向空气气流环境下剧烈的氧化反应可促进钢靶温度升高，显著增强激光对钢靶的烧蚀，停止激光辐照后切向气流的冷却效应起主要作用。根据实际物理问题建立了相应的数值计算模型，模拟了不同气流环境下激光对钢靶的辐照效应，其中，利用“生死单元”的方法，模拟了切向空气气流环境下激光对钢靶的烧蚀，并考虑了氧化放热的影响。模拟结果与实验结果基本相符，解释了气流在激光辐照效应中的作用。

以脉宽为毫秒量级的单脉冲激光逆重力方向对金属的打孔实验为模拟对象，利用ANSYS软件并基于生死单元方法进行了数值仿真。根据靶材受热表面的气化压力反作用于熔融层的力学效应，建立了熔融液体克服表面张力运动的喷溅模型；分别用有限元法和有限差分法对二维轴对称的热传导方程和流体的一维欧拉运动方程进行耦合求解，得到了不同时刻模型的温度场和流场；应用生死单元法使发生喷溅的熔融液体单元在计算中失效，并得到了孔洞内壁和洞口表面的形状，其形貌与文献报道的实验结果相符合。数值结果显示出洞底附近的孔洞内壁具有不规则凹凸，而洞口则呈喇叭状，这是打孔过程中熔融液体在洞底附近的熔融层较薄处发生流动中断和位于洞口两侧的液体间张力作用所致。