环状激光作用于薄管产生温度场的有限元模拟.pdf

第34卷 第6期 激 光 技 术 Vo1．34，No．6 2010年 11月 LASER TECHNOLOGY November，2010 文章编号：1001—3806(2010)06—0753—04 环状激光作用于薄管产生温度场的有限元模拟 曹豆豆，王开圣，杨雁南 (南京航空航天大学 应用物理系，南京 210016) 摘要：为了提高激光在管道中激发超声波的效率，基于激光超声的热弹激发理论 ，建立了环状激光源作用于薄管中 的有限元模型，采用有限元方法，数值模拟了环状激光脉冲作用于铝管内壁时产生的瞬态温度场，得到了铝管内部温度 随时间变化的曲线和不同时刻温度沿径向、轴向的变化曲线，并进一步分析了铝管内温度梯度的形成及随时间、沿径向 的变化规律。结果表明，激光产生的瞬态温度场建立极其迅速，整个过程仅持续几十纳秒，该过程产生的温度梯度非常 大，因此环状激光源可在铝管中激发很强的超声波；同时 ，由于温度梯度分布在整个圆周上，因而形成的导波衰减慢 ，可 在周向、轴向上实现大范围超声检测。该结果对热弹条件下激光在管道中激发超声导波的研究有一定参考作用。 关键词：激光技术 ；激光超声；有限元；温度场 ；环状光源 中图分类号：TN249 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1001—3806．2010．06．010 Finiteelementsimulationoftemperaturefield of thintubesirradiatedbyringlasers CAO Dou—dou，WANGKai·sheng，YANG Yah—nan (DepartmentofAppliedPhysics，NanjingUniversityofAeronauticsAstronautics，Nanjing210016，China) Abstract：Inordertoimprovetheefficiencyofultrasoundexcitedbypulsedlaserinathintube，alaser—ultrasonicmodelof analuminum tubeirradiated byaringlaserwasestablished based onthermo—elastictheoryoflaser-ultrasound．Thetransient temperaturefieldoftheinteriorsurfaceofthealuminum tubeirradiatedbyapulseringlaserwassimulatedbymeansoffinite elementmethod．Thentheevolutioncurvesofthetemperaturewithtime，radialandaxialvariableswereobtained．Furthermore， theformationandvariationoftemperaturegradientintheinteriorofaluminum tubeswasanalyzed．Resultsshow thattransient temperaturefieldcanbesetupinafewtensofnanosecondsundertheirradiationofapulsedringlaser．Enormoustemperature gradientproducesin thisprocessand a very strong uhrasonic wave appearssubsequently in the aluminum tube．Because temperaturegradientdistributesontheentirecircle，theult