SimWe仿真论坛 » C04：ANSYS--CFD与热分析 » [讨论] 关于激光加热的热源加载形式

iomega 发表于 2005-9-17 02:13

[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

看了版上一些讨论关于如何加载激光热源的帖子，觉得好多人做计算时， 都只求获得加载的形式，而不求理解其物理意义。其实如果从物理意义出发，得到加载热源的形式是很容易的。

例如在平板上加载一个空间上呈高斯分布的激光热源，其功率随时间而变化，
则需要以下参数：
1。 激光功率P[t]。  单位： W     
2。 激光半径r,  单位： m     
3。表面反射率R。单位： 无   
4。optical absorption coefficient a 单位： m^-1, 或 optical penetration depth：a^-1  单位： m   

激光热源可以用表面热流（W/m^2) 或体热源 (W/m^3)来表示，关键取决与平板厚度d和optical penetration depth a^-1 的比较。

1。表面热流形式 (d>>a^-1)

Q(x,y,t)= P[t]*(1-R)/(Pi*r^2)*exp(-(x^2+y^2)/r^2)

其中P[t]*(1-R)是真正被平板吸收热激光功率。 exp(-(x^2+y^2)/r^2)代表空间高斯分布， 有些文献中会出现exp(-2*(x^2+y^2)/r^2)，这是由于高斯半径定义为激光光强1/e和1/e^2的区别。

2。体热源形式 (d~a^-1)

Q(x,y,z,t)= P[t]*(1-R)*a/(Pi*r^2)*exp(-(x^2+y^2)/r^2)*exp(-a*z)

可以看出和表面热流形式相比，多出一项exp(-a*z)代表光在物体中的吸收。
另外前面也要多乘个系数a，所以单位是W/m^3.

以上的公式其实可以从求解光在物体中传播的Maxwell方程得到，因为光也是电磁波。

当 (d>>a^-1)时，表面热流形式和体热源形式对于解传热方程是一样的。
对于金属，a^-1一般在10~50nm之间。

对于其他空间分布的激光光源，只用替换后面的exp形式。

maxiuihua 发表于 2005-9-17 14:28

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶
给你加精啊

zyp 发表于 2005-9-19 10:26

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

有了热源，如何选择加热源区域呢？例如在一圆柱表面加圆形，或者在一圆柱表面加环形，能否举个例子加以说明，谢谢！
例如１／圆柱高为２０mm,直径为１００mm，所加区域为直径为６０mm的圆
　　２／圆柱高为２０mm,直径为１００mm，所加区域为直径为４０mm到６０mm的圆环，问题困扰我很久了，请大虾们指教一下吧！

后起之秀 发表于 2005-9-20 10:24

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

我认为仅仅关注加载形式还不够,应考虑实际输入热量的大小与实际情况是否相符,我一直对此存在疑问,认为有可能名以上按高斯分布或其他形式加载,而实际输入的形式却不是如此,请大家就此展开讨论

padegree0713 发表于 2005-9-23 23:51

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

想请问一下有关高斯热源分布函数，你们是用APDL去写呢???

还是用ANSYS里的函数加载器呢???

函数加载器能定义两个以上的变数吗???

我是人才 发表于 2005-10-4 14:16

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

好东西，建议斑竹加分啊！顶:)

phantasystar 发表于 2005-10-31 15:31

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

有关于激光加载的例题可以提供么?我是新手,上面的讨论还看不懂

susan1981 发表于 2005-11-9 21:58

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

高斯热源分布函数，你们是用APDL去写呢能不能给个例子

zhangjg 发表于 2005-11-20 16:45

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

请哪位大虾给个例子吧！zhangjg_0532@163.com,不胜感激！

jianchaowei 发表于 2005-12-16 09:45

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

激光和一般光线有什么联系与区别？？

如果是汽车灯泡或投影机灯泡呢？怎么模拟？

其“激光半径” 如何确定？

localking 发表于 2005-12-21 20:30

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

有没有关于激光做为移动热源加载的例子啊？
另外热源分布函数是具体如何在ansys中实现的呢？

tramper 发表于 2006-1-2 17:16

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

激光和一般光源的在你所说的这个层面上的区别是其分布为高斯分布，而汽车车灯和投影仪的灯泡其光强分布应该是你用一些光学软件模拟出来才知道的，和这个激光半径没什么关系。

ixxing 发表于 2006-1-6 18:59

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

这个写的不清不楚的，能不能说一下思路啊

hncscp306 发表于 2006-1-9 21:23

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

[quote][b]jianchaowei wrote:[/b]
激光和一般光线有什么联系与区别？？

如果是汽车灯泡或投影机灯泡呢？怎么模拟？

其“激光半径” 如何确定？
[/quote]
激光与一般光线的区别在于它本身所具备的高亮度,方向性好等特性,联系就是激光本身也是光的一种,满足波粒二象性.具体的介绍,可以去找一本《激光原理》来看.上面讲的很明白,也很清楚.

斑竹发这个帖子是为了说明激光的高斯分布吧.大家用ansys做过热分析的都知道,在ansys里面进行热分析的话,要先定义热源,然后定义加热区域.定义热源,就要知道激光的高斯分布具体是怎么样子的,斑竹的帖子里面基本上已经讲的很明白了.至于上面不少人问到的选择加热区域,这个用GUI操作很容易实现的.在命令流方式中,也只是几条命令就能够实现的,多看看帮助文档和相关参考书就知道了.
要实现移动热源的热分析的话,就可以在上面说的基础上进行推广.这个时候使用GUI方式比较麻烦而且有些时候还不太现实.所以最好是用APDL.热源的静态加载掌握以后,就可以用编制循环的方式实现热源的移动加载.主要步骤是:
定义热源-->选择加热区域-->加载-->改变循环控制变量-->再次选择加热区域-->........

呵呵,不知不觉说了这么多.我的硕士论文里做的工作之一就是ansys仿真激光热源的移动加载,后来还用matlab编了个利用有限差分法进行模拟计算温度场的小程序.也算有点心得了.当时我在这里发了好多帖子,得到了斑竹们和诸多高手一一指点.在这里只想给那些刚开始接触这方面东西的新手们提个建议:先不要着急发问,善用论坛的搜索功能,发现以前的老帖子,说不定还不用自己发帖呢,问题就已经解决了.

tramper 发表于 2006-1-13 21:53

老兄给你补充一下

1。表面热流形式 (d>>a^-1)

Q(x,y,t)= P[t]*(1-R)/(Pi*r^2)*exp(-(x^2+y^2)/r^2)

其中P[t]*(1-R)是真正被平板吸收热激光功率。 exp(-(x^2+y^2)/r^2)代表空间高斯分布， 有些文献中会出现exp(-2*(x^2+y^2)/r^2)，这是由于高斯半径定义为激光光强1/e和1/e^2的区别。

关于1/e和1/e^2的区别是高斯半径的定义为振幅的1/e，光强的1/e^2
exp(-(x^2+y^2)/r^2)代表的是一个高斯分布，exp(-2*(x^2+y^2)/r^2)代表的是激光基横模的光强分布（参见激光原理浙江大学出版社115页），如果你的热源是基横模就要用后面的公式了。并且还有超高斯分布比如exp(-(x^4+y^4)/r^2)。

tramper 发表于 2006-1-13 22:03

其“激光半径” 如何确定？

这个半径应该是一个已知量，如果你买的设备没有告诉你可以用刀口来测量测量方法也比较简单但是已经设计到了比较专业的知识了，你可以检索一些文献来看，大概的思想都是测量出功率的分布，然后找得功率的1/(e^2).

tramper 发表于 2006-1-13 22:25

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

1。表面热流形式 (d>>a^-1)

Q(x,y,t)= P[t]*(1-R)/(Pi*r^2)*exp(-(x^2+y^2)/r^2)
为什么要除以(Pi*r^2)啊 版主能给解释一下马？

iomega 发表于 2006-1-14 06:37

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

>1。表面热流形式 (d>>a^-1)

>Q(x,y,t)= P[t]*(1-R)/(Pi*r^2)*exp(-(x^2+y^2)/r^2)
>为什么要除以(Pi*r^2)啊 版主能给解释一下马？

from two viewpoints:
(1) divided by (Pi*r^2) yields the heat flux function for the area of laser focusing.

(2) The unit of Q(x,y,t) is W/m^2  ->   P/(Pi*r^2).

tramper 发表于 2006-1-15 19:58

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

明白版主的意思了,是我搞错了把exp(-(x^2+y^2)/r^2)里面的r^2给忘了,版主能给我关于这些公式的文献吗!先谢谢了!!!!trampingnow@hotmail.com

aiflyer 发表于 2006-1-19 01:09

Re:[讨论] 求助,热对流与辐射综合分析

一块0.015米长,0.01米宽,0.003米后的铝板上面安装功耗为65瓦的元器件,底面通过对流和辐射散热,元器件部分用铝壳密封并绝热.小弟急需解决的问题,请各位朋友帮忙.不胜感激!!!!!!!!!!

brier99 发表于 2006-2-9 11:22

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

请大家指教一下：如何在圆柱面上加载有一定大小的激光区域，我现在只会在整个圆柱面上加载热源，但还不知道怎样定义激光区域的大小（热源的大小和圆柱面 尺寸不同），谢谢了 。

ma_liang1978 发表于 2006-3-16 10:25

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

刚刚发了一个问题，关于材料属性改变方面的。路过谈谈自己的经验。

本人从事选择性激光烧结过程温度场建模、仿真，主要解决温度场、位移、瞬时应力、残余应力场等问题。

关于上面的移动激光束如何仿真问题，说说经验。本人解决SLS过程温度场时，采用APDL对激光进行仿真，一般国内外参考文献对激光束仿真采用一下几种方法：1.定义节点固定温度仿真激光束（第一类边界条件）；2.用均温热流密度作用在单元上仿真（第二类边界条件）；3.热流密度采用高斯分布，模拟激光束，一般将网格尺寸设定为光斑直径的1/4，或更小。

Ansys Help中详细介绍了关于表格边界条件等的加载方式，请看Basic analysis procedures guide 章节，关于Load ＝ F（x,y,z,t）的载荷施加问题，可以参看《APDL 参数化有限元分析技术及其应用实例》中国水利水电出版社 2003。其实还是Help的翻译，不过将各种实用技术集中在一起罢了。

还说一句废话：英文阅读能力好的，不用买任何一本Ansys书籍，尤其中文版，直接看Help，或上论坛常转转，Everthing is OK！

yifanyifan 发表于 2006-4-12 10:14

Re:[讨论] 关于激光加热的热源加载形式

好东东:)

cloud_cyx 发表于 2006-5-11 16:25

看了LZ的指点,对照了下激光的原理书,收益很多

看了LZ的指点,对照了下激光的原理书,收益很多,我用的是ABAQUS模拟激光微细加工中的温度场,感觉热源加载和在ANSYS中是一样的道理,不知道这样理解对不对!谢谢LZ了!!

reltek 发表于 2008-4-7 18:42

回复 1# 的帖子

d>>a^-1
d&gt这是什么意思啊？看不懂

yzshenhao 发表于 2008-4-28 16:17

相当有收获啊

yzshenhao 发表于 2008-4-28 16:23

非常感谢楼主

gangguanfenxi 发表于 2008-6-21 16:46

好复杂啊！

bijiaoshuai 发表于 2008-9-25 14:21

值得加精

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