强度分布整形激光束加载模拟热负荷温度场的实验研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hellobluejay
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激光应用领域的不断扩大,对光束空间强度分布提出越来越高的要求。在发动机零部件激光热负荷试验中,为了产生与实际工况下相一致的温度场,需加载特定强度分布光束。而传统高斯光束无法满足这种要求,因而对光束空间强度分布的整形成为必然。本文在获取实际工况下热负荷温度场的基础上,基于温度场有限元数值计算确定整形光束空间强度分布;采用二元光学技术进行光束整形,整形后的光束加载到零部件表面,产生的温度场分布与实际工况下相一致,以此模拟实际工况下承受热负荷的情况。   本研究主要内容包括:⑴研究了多圆环分布光束用于模拟活塞热负荷的温度场分布。介绍了将原始光束整形为具有特定强度比的多圆环分布光束加载模拟实际工况下热负荷温度场分布的方法。采用几何变换法和折衍混合方法设计了三圆环分布光束,整形后光束空间强度分布满足设计要求。此多圆环整形元件用于激光热负荷试验中,能使活塞顶面各区域产生所需要的温度分布。⑵研究了非对称非均匀分布光束用于模拟气缸盖热负荷的温度场分布。在获取了实际工况热负荷温度场分布信息的基础上,建立了气缸盖三维有限元模型,提出了一套系统的模型参数校正方法,数值计算了激光加载所产生的温度场分布,确定了非对称非均匀整形光束空间强度分布。此整形光束加载气缸盖火力面上,数值计算所得温度场结果与实际工况下热负荷温度场分布相一致。⑶开展了气缸盖激光热负荷试验研究。利用G-S算法设计了非对称非均匀整形元件位相分布,用光束分析仪检测了整形后光束分布基本满足设计要求。将此非对称非均匀分布光束加载到气缸盖火力面上,产生的温度场分布与实际工况下承受的热负荷温度场分布相一致。开展了温度和时间控制下的高低周热负荷试验,为后期疲劳分析奠定基础。
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