激光加工石英微通道过程中热应力的研究

摘要

随着激光技术的不断发展，激光打孔、切割技术加工石英玻璃比传统加工方法有着巨大的优势。本文研究了激光辐照石英玻璃时的热作用过程，主要讨论了热处理过程中的温度场、热应力场和热位移变化，为在石英上制作微通道实验提供了理论帮助。
　　本文从经典的傅里叶热传导方程出发研究了激光与材料的热作用过程，建立了相应的激光热源函数，并讨论了激光辐照固体材料时各种模型的温度场解析解。本文首先使用有限差分处理激光照射石英玻璃后的一维热传导方程，计算得到石英表面和轴向温度场分布，分析了连续、脉冲激光对相互作用过程中温度场变化的影响，并讨论了有热累计效应时对温度场的影响。计算了高斯脉冲辐照时的温度场解析解，并模拟计算径向温度分布情况。
　　考虑热传导过程中的热辐射和热对流对温度场的影响，利用有限元法计算了温度场和热应力场。讨论了激光脉冲宽度为ns、ms和不同重复频率辐照石英玻璃，不同的激光参数对表面温度变化的影响。基于温度场的研究，接着利用热弹性理论计算了热作用过程中的产生的von Mises应力、径向应力和热位移分布。

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第一章 绪论

1.1激光打孔

1.2石英玻璃的传统加工方法

1.3国内外研究现状

1.4论文研究的目的、内容和章节安排

第二章 激光与材料相互作用的理论基础

2.1材料对激光的反射和吸收

2.2热传导方程和边界条件

2.3激光辐照固体材料的热模型

2.4本章小结

第三章 温度场的有限差分法计算

3.1有限差分法简介

3.2激光辐照石英玻璃的一维差分模型

3.3高斯脉冲激光辐照

3.4本章小结

第四章 温度场和热应力场的有限元计算

4.1有限元方法和comsol软件简介

4.2温度场的有限元计算

4.3热应力场的计算

4.4本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

硕士期间论文发表及科研情况

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