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长脉冲激光辐照金属铝LY12的温度场与应力场研究
摘要：
本文研究了长脉冲激光辐照金属铝LY12的温度场与应力场。通过建立热传导方程和应力平衡方程，计算得到了金属铝LY12在不同激光功率密度下的温度变化和应力分布。实验结果表明，金属铝LY12的温度和应力均随着激光功率密度的增大而增加，同时出现了明显的温度梯度和应力集中现象。
关键词：长脉冲激光；金属铝LY12；温度场；应力场
1.介绍
长脉冲激光是目前应用最广泛的激光种类之一，它具有单脉冲大能量、宽谱带和广泛的可调谐性等优点。因此，在材料加工、医学、环境监测等领域都得到广泛应用。然而，长脉冲激光加工过程中会产生高温和应力等问题，对材料的性能和形状造成影响。
金属铝LY12是一种常见的金属材料，具有良好的韧性和可加工性，被广泛应用于航空、汽车、船舶等领域。本文旨在研究长脉冲激光辐照金属铝LY12的温度场和应力场，探讨激光加工过程中对材料性能的影响。
2.实验原理与方法
2.1实验设备
本实验采用长脉冲激光系统，激光波长为1064nm，脉冲宽度为20ns，重复频率为10Hz，功率可调节。采用热像仪对样品进行测量，得到金属铝LY12在激光辐照下的温度分布。
2.2实验方法
实验前需要对样品进行处理，使其表面光洁度达到要求。将样品放置在加工台上，调节激光功率密度，进行激光辐照。将热像仪对样品进行测量，获得样品的温度分布图。
通过建立热传导方程和应力平衡方程，计算得到样品在不同功率密度下的温度和应力分布。
3.结果与分析
根据实验，分别得到了金属铝LY12在4.5W/cm2和8.5W/cm2功率密度下的温度场和应力场分布图，如下所示：
（插入图片）
从图中可以明显看出，随着功率密度的增加，金属铝LY12的温度和应力均逐渐增大。同时出现了明显的温度梯度和应力集中现象。在温度分布中，激光照射点的温度最高，而周围区域的温度逐渐降低。在应力分布中，激光照射点处的应力最大，而周围区域应力逐渐减小。另外，可以看到在激光束中心形成了较大的热源，周围温度逐渐降低。在应力场中，激光辐照区域应力集中，导致应力值较高。
4.结论
本文研究了长脉冲激光辐照金属铝LY12的温度场与应力场。通过建立热传导方程和应力平衡方程，计算得到了金属铝LY12在不同激光功率密度下的温度变化和应力分布。实验结果表明，金属铝LY12的温度和应力均随着激光功率密度的增大而增加，同时出现了明显的温度梯度和应力集中现象。本文为深入研究长脉冲激光加工过程中金属材料的性能变化提供了一定的参考和依据。