姜昌浪 1,2康民强 2,*刘记立 1,**吴行才 3[ ... ]韩大匡 4
作者单位
摘要
1 武汉理工大学理学院,湖北 武汉 430070
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
3 思达威(北京)能源科技有限公司,北京 100097
4 中国石油勘探开发研究院,北京 100083
随着人类能源需求的增长,油气钻井活动日益频繁。激光钻井在能源领域具有极大的应用价值,有望实现井下原位玻璃套管的制造,以替代传统金属套管,为油气钻井工程节省大量时间和资金。激光辐照岩石玻璃化的稳定形成是实现玻璃套管的关键因素。基于激光扫描花岗岩实验并结合物相检测和数值模拟方法,对激光烧蚀花岗岩玻璃化的影响因素和机理进行了研究。结果表明,受激光扫描后,花岗岩各组成矿物按熔化的难易程度分别发生熔化和碎裂现象,部分表面转化为深色玻璃;高速气流可有效清除岩石碎屑和粉尘,且能够提高激光作用效率和增加岩石玻璃的附着力;花岗岩易受温度作用而发生破裂,其较低的扫描速度和气流辅助条件有利于玻璃化的形成。在实际工程应用中,采用控制扫描速度和辅助高速气流的方法控制岩石的温度作用,形成稳定岩石玻璃和制造稳固覆盖于硬岩表面的原位玻璃化井壁。本研究探究了激光扫描作用岩石的玻璃化机理,为拓展激光钻井的工程应用提供了重要参考。
油气钻井 激光钻井 玻璃化 花岗岩 套管 温度应力 
激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514002
作者单位
摘要
中国科学技术大学工程科学学院热科学和能源工程系,安徽 合肥 230027
为降低激光加热面的最高温度,提升热面温度均匀性,提出一种射流冲击强化表面的综合散热方法。引入兼顾散热和流阻特性的综合评价指标performance evaluation factor(PEC)进行数值研究并与传统微槽道散热特性进行了对比分析。结果表明,降低冲击距离会使冲击区边界层变薄,增大横向流动速度,涡心向中心入口处移动,以此提高换热效率,不仅降低了系统最高温度,而且实现了温度均匀性。经过对比发现无量纲射流冲击距离为0.25时PEC最大,因此该系统最适用于激光热源的散热。此外,热应力与应变分析结果表明,在同种材料的屈服极限下,该系统所能承受的激光热流密度明显高于微槽道冷却系统,换热性能更好、适用性更强。
激光冷却 射流冲击 强化表面 微槽道 综合评价 热应力 
激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514001
李坤 1,2,*房嘉辉 1,2廖若冰 1,2姜艳红 3,4[ ... ]张金 1
作者单位
摘要
1 重庆大学机械与运载工程学院,重庆 400044
2 重庆大学金属增材制造(3D打印)重点实验室,重庆 400044
3 中浙高铁轴承有限公司,浙江 衢州 324000
4 浙江省高速列车传动系统运行研究重点实验室,浙江 衢州 324000
激光能量场表面热处理是提升金属零件表面性能、延长其使用寿命的重要技术手段之一。近30年来,国内外对该技术展开了大量研究。相较于传统的表面热处理技术,激光能量场表面热处理具有更加高效、精准和清洁的优势。本文首先探讨了激光能量场表面热处理技术的优劣以及模拟过程中温度、流体和相场的多物理场方程,接着综述了激光表面淬火、激光重熔、激光表面合金化、激光熔覆和激光冲击喷丸等5种典型激光能量场表面热处理技术的研究现状,然后根据工程应用需求对改善零件表面耐磨性、耐蚀性和残余应力的研究结果进行了总结,最后展望了激光能量场表面热处理未来潜在的研究方向。
激光技术 激光能量场表面热处理 耐磨性 耐蚀性 残余应力 
中国激光
2024, 51(4): 0402202
李克武 1,2,3王爽 2,3,*李孟委 2王志斌 2,3,*
作者单位
摘要
1 中北大学 电气与控制工程学院,山西 太原 030051
2 中北大学 前沿交叉科学研究院,山西 太原 030051
3 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心,山西 太原 030051
为了实现对Si、Ge、GaAs等红外材料应力缺陷检测,采用两个工作在不同频率的光弹性调制器级联,构成偏振测量系统。应力缺陷引入的双折射延迟量和快轴方位角两个参数,被加载到偏振测量系统调制信号中;利用数字锁相技术同时获取调制信号的基频项和差频项幅值,然后完成两个应力参数求解。详细分析了检测原理,并搭建了实验系统进行验证。实验结果表明,该检测方法及实验系统实现了应力方向角标准偏差为0.31°,应力双折射延迟量标准偏差为0.72 nm,高速、高精度和高重复度的应力缺陷检测,并且实现了Ge样品的应力缺陷方向和值大小分布测量,可为红外材料质量测试分析和评估提供有效手段。
应力缺陷 弹光调制 快轴方位角 延迟量 stress defect photoelastic modulation fast axis azimuth retardation 
红外与毫米波学报
2024, 43(1): 126
李海燕 1,2旷峰华 2吴昊龙 1,2刘小根 1,2[ ... ]万德田 1,2,*
作者单位
摘要
1 1.中国国检测试控股集团股份有限公司, 北京 100024
2 2.绿色建材国家重点实验室, 中国建筑材料科学研究总院, 北京 100024
为研究以高膨胀系数的陶瓷为涂层, 低膨胀系数的陶瓷为基体的预应力陶瓷的高温力学性能, 本工作以氧化锆为涂层, 氧化铝为基体, 制得表层为拉应力的“三明治”结构ZrO2-Al2O3(简称ZcAs)预应力陶瓷。同时选用基体与涂层截面比值相近的Al2O3-ZrO2(简称AcZs)预应力陶瓷、纯ZrO2和纯Al2O3陶瓷为参照样。结合不同温度下的弯曲强度测试结果及维氏压痕结果, 阐明预应力的存在形式及其对裂纹扩展行为的影响, 并研究预应力的温度依赖性。结果表明: ZcAs预应力陶瓷的表层受拉应力, 基体受压应力; 而AcZs预应力陶瓷的表层受压应力, 基体受拉应力。由于拉应力能够促进裂纹扩展, 而压应力能够抑制裂纹扩展, 因此室温下, ZcAs的强度比纯Al2O3陶瓷降低13.2%, 而AcZs的强度比纯ZrO2陶瓷提高25.0%。此外, 无论表层是拉应力还是压应力, 都随着温度升高而降低, 这主要归因于高温导致的预应力松弛。
ZrO2-Al2O3预应力陶瓷 拉应力 弯曲强度 温度依赖性 ZrO2-Al2O3 pre-stressed ceramics tensile stress flexural strength temperature dependence 
无机材料学报
2023, 38(11): 1265
汪晖 1温秋玲 1,2,*黄辉 1,2黄国钦 1,2[ ... ]吴贤 3
作者单位
摘要
1 华侨大学 制造工程研究院,厦门 361021
2 高性能工具全国重点实验室,厦门 361021
3 华侨大学 机电及自动化学院,厦门 361021
为探究飞秒激光烧蚀金刚石的烧蚀特征及机理,进行了飞秒激光加工CVD单晶金刚石实验及温度场仿真模拟研究。研究了飞秒激光能量密度、扫描速度、扫描次数对金刚石烧蚀区内纳米结构的影响。研究表明,金刚石被加工区域出现了沿着110晶向的微裂纹,在微槽边缘区域形成了周期为100~230 nm的纳米条纹,微槽中心区域形成了周期为460~640 nm的纳米条纹,且纳米条纹的形貌与激光加工参数密切相关。通过实验获得了金刚石的烧蚀阈值为3.20 J/cm2,且当激光能量密度为24.34 J/cm2时,金刚石的烧蚀速率为44.8 nm/pulse,材料去除率为4.34×10-10 g/pulse。拉曼检测发现,微槽底部的金刚石发生了石墨化,理论计算的石墨层厚度为11.1 nm。根据不同激光能量密度下拉曼峰的频移计算飞秒激光辐照后金刚石微槽内的残余应力,当激光能量密度增加至24.34 J/cm2时,残余拉应力增大至1 389 MPa。温度场仿真结果表明,飞秒激光加工金刚石的材料去除主要是以金刚石升华为主,且飞秒激光辐照能量大多集中在金刚石的表层,几乎不会通过热传导扩散到金刚石内部。
飞秒激光烧蚀 CVD单晶金刚石 纳米条纹 烧蚀速率 石墨化 残余应力 温度场 Femtosecond laser ablation CVD single crystal diamond Nano-ripples Ablation rate Graphitization Residual stress Temperature field 
光子学报
2023, 52(12): 1214001
作者单位
摘要
中航光电科技股份有限公司,河南 洛阳 471003
为了分析影响光纤机械可靠性和寿命的主要因素,通过模拟试验条件对比分析了引起光纤断裂的原因;将试验光纤断裂表面形貌与在实际工作状态下出现的光纤断裂源形貌特征进行对比,定性分析了引起光纤断裂形成的主要原因。分析认为是在外加应力的作用下,工作环境中水分或水汽的存在加速了光纤表面裂纹的生长、扩展,最终导致光纤断裂。
裂纹 应力腐蚀 断裂形貌 crack, stress corrosion, fracture morphology 
光通信技术
2023, 47(4): 0053
作者单位
摘要
中国航发控制系统研究所传感系统工程部,江苏 无锡 214063
基于数值仿真工具,对某型压力传感器芯体径向脉冲激光焊接过程进行3D建模及仿真分析。模型描述了焊接过程中脉冲激光形成的等效热源,316L不锈钢材料的传热和相变,热影响区形成的瞬态应力场,以及焊接后形成的残余应力。同时,根据多种激光焊接工艺参数组合形成的熔池深度实测数据完成等效热源模型的标定。结果显示:经过标定的等效热源模型熔深计算值与实测值偏差在8%以内;将焊缝残余应力分布计算值与X射线衍射法所得的实测值进行了对比分析,两者结果较为吻合,变化规律一致,偏差值小于15%。验证了激光焊接模型的精度能够满足工艺参数影响规律研究及参数优化的工程需要。
脉冲激光焊接 等效热源 残余应力 熔池深度 X射线衍射法 pulse laser welding equivalent heat source residual stress depth of molten pool X-ray diffraction method 
应用激光
2023, 43(6): 0087
作者单位
摘要
山东建筑大学机电工程学院,山东 济南 250101
为探究工艺参数、扫描方式、坡口形状对激光增材再制造薄壁件的影响规律,基于ANSYS有限元分析软件,对激光增材再制造316L不锈钢薄壁件的温度场、应力场进行数值模拟分析。结果表明:激光功率、扫描速度过大或过小均会引起残余应力某一分量增大;选用垂直交叉扫描方式可以减小残余应力大小,但可能会引起修复区与基体结合区应力过大,导致裂纹的产生;通过比较两种坡口形状的应力分布,无棱边的坡口形状可以减小结合区的应力集中,并有效减小基板的变形量。最后设计试验,验证不同坡口形状对激光增材再制造试样质量的影响。试验结果表明,弧形相较梯形坡口形状,基材与修复区之间形成了良好的冶金结合,微观组织结构更均匀且硬度也有相应的提升,验证了仿真的正确性。
激光增材再制造 残余应力 坡口形状 数值模拟 laser additive manufacturing residual stress groove shape numerical simulation 
应用激光
2023, 43(6): 0001
陈磊 1,2王宗申 1,2郑宏宇 1,2朱立华 1,2[ ... ]高珊 3
作者单位
摘要
1 山东理工大学激光高端制造研究中心, 山东 淄博 255000
2 山东理工大学机械工程学院, 山东 淄博 255000
3 山东理工大学材料科学与工程学院, 山东 淄博 255000
借助ABAQUS软件建立了微尺度激光冲击强化(micro-scale laser shock peening, μLSP)过程的有限元模型, 对T2纯铜的μLSP过程进行了数值模拟, 分析了μLSP过程中纯铜的位移、塑性应变和等效应力的动态响应情况以及残余应力的分布规律。结果表明, 冲击波作用到纯铜表面后, 极短时间内便可达到纯铜的动态屈服极限。纯铜表面的位移影响区域直径约为激光光斑的2倍, 并在27 ns时达到位移最大值约0.85 μm。随着冲击波压力的加载, 纯铜产生加工硬化, 塑性应变和等效应力的最大值均出现在加载区域内部的近表层处, 分别约为0.062 MPa和297 MPa。μLSP后纯铜表面激光辐照区域主要表现为残余压应力, 最大值约为199 MPa, 影响深度达40 μm。在激光辐照区域表面边缘存在一定的残余拉应力, 产生“残余应力洞”。同时, μLSP工艺试验结果与数值模拟结果基本一致, 从而验证有限元模型的合理性与可靠性。
微尺度激光冲击强化 数值模拟 有限元分析 塑性变形 残余应力 micro-scale laser shock peening numerical simulation finite element analysis plastic deformation residual stress 
应用激光
2023, 43(3): 0090

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