基于共轭梯度算法的激光加热物体表面温度的反演

摘要

近年来，随着激光技术的迅速发展，激光与材料相互作用这一研究领域引起研究者们深入地研究。而激光辐照材料产生的热效应，作为激光加工、热处理以及激光破坏效应的基础，更是吸引着越来越多学者的关注。
　　本文首先通过激光辐照材料的热传导理论建立正演模型，并根据拉普拉斯变换计算材料温度场的解析解。然后选取了材料内部测量温度和计算温度数据的残差平方和作为目标函数，利用共轭梯度算法对目标函数的极小化求解，得到材料参数。最后分别选取激光辐照均匀材料、吸收率不变的双层系统材料和吸收率变化的双层系统材料三种情况，对材料参数进行了反演，根据得到的材料参数利用现有的正演方法计算材料表面温度。结果表明，此算法能有效的反演材料参数，进而计算材料表面的温升。并且具有收敛较快，反演精度较高的特点。本文对于研究激光损伤、激光加工过程中的温度反演和参数反演具有一定的参考作用。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 激光的发展简史

1.2 激光的特性

1.3 激光辐照热效应的研究现状

1.4 研究目的及意义

1.5 本文的主要工作

第二章 激光对物质热作用的基本理论

2.1 激光在物质中的传播、吸收和转化

2.2 激光对材料的热效应

2.3 激光的热源模型

第三章 共轭梯度法

3.1 共轭方向法

3.2 共轭梯度法

第四章 激光辐照材料温度反演

4.1 激光辐照均匀材料的温度反演

4.1.1 正演理论模型

4.1.2 反演理论模型

4.1.3 非线性共轭梯度反演算法

4.1.4 数值结果与分析

4.2 激光辐照双层系统材料的温度反演：吸收率不变的情况

4.2.1 正演理论模型

4.2.2 反演理论模型

4.2.3 数值结果与分析

4.3 激光辐照双层系统材料的温度反演：吸收率随温度变化的情况

4.3.1 正演理论模型

4.3.2 反演理论模型

4.3.3 数值结果与分析

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况