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oe1(光电查) - 科学论文

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  • 利用地面激光扫描和数值模拟评估受地层移动影响的房屋

    摘要： 本研究分析了受地下煤炭开采扰动的房屋内部力学状态，尤其关注沉陷区内未受损的房屋。采用传统测量与地面激光扫描（TLS）作为外部监测手段获取受扰房屋的位移数据，并通过模拟软件推算房屋内部力学状态。对中国牌坊村三栋优质房屋在采前和采后阶段进行了TLS扫描。位移与变形程度与建筑在盘区中的位置高度相关，在沉陷盆地中心附近更为显著。利用ANSYS计算了房屋在拉伸条件变化下的内部状态，重点分析结构柱、圈梁及墙体。结果表明：结构柱与圈梁可抵抗拉伸变形，而窗角是应力集中主要点位，存在开裂风险。掌握矿震影响区未受损建筑的内部应力状态有助于加强房屋预维护并指导新型抗变形建筑建造。本研究成果可为矿区抗变形建筑设计提供参考。

    关键词： 地下煤矿，房屋内部机械状态，地面激光扫描，数值模拟，传统测量

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 理解不锈钢高功率激光焊接中的根部凸起：一种综合方法

    摘要： 大功率激光焊接是工业领域连接厚板的有效方法。然而，厚板全熔透激光焊接易产生咬边、根部凸起和气孔等焊接缺陷。本文通过数值模拟与激光焊接实验相结合的方法，研究了厚不锈钢板全熔透光纤激光焊接过程中小孔与熔池的动态行为，揭示了根部凸起的形成机理，并对焊缝显微组织进行了分析。数值模拟与实验结果具有良好的一致性。研究表明：反冲压力、表面张力和重力是根部凸起形成的主要驱动力；小孔底部附近由反冲压力驱动的熔体流动是根部凸起初始且直接的成因；焊接速度是影响根部凸起生长的重要因素；后部熔池路径的局部凝固会阻碍根部凸起的持续生长，从而导致周期性根部凸起焊缝的产生。

    关键词： 激光焊接，数值模拟，根部凸起，熔池，小孔

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 考虑磁场作用下填充混合纳米材料的椭圆腔

    摘要： 本研究探讨了采用CVFEM方法对含洛伦兹效应的渗透性椭圆罐内纳米材料流动形态进行建模的应用。通过均质模型混合材料并引入辐射项至控制方程，结果以等值线图和曲线图呈现，同时报道了新的努塞尔数(Nu)计算公式。分析表明：随着渗透率增大，更高达西数(Da)工况下更强的温度梯度可解释Nu值的提升；而哈特曼数(Ha)的增加会抑制纳米材料流动，导致Nu值降低——当Ha从0增至20时，Nu值下降18%。渗透率对纳米材料流动具有促进作用，其影响与Ha效应相反。

    关键词： 数值模拟、辐射、混合纳米材料、洛伦兹

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 高斯模式激光冲击下IN718合金表面形貌与残余应力场的数值模拟

    摘要： 激光冲击处理（LSP）是一种能改善材料力学性能并延长疲劳寿命的新型表面改性技术。本研究采用数值模拟方法，使用高斯模式激光对IN718合金进行处理，激光脉冲能量为3-7 J，脉冲宽度为12 ns，光斑直径为3 mm，并探究了激光脉冲能量对材料表面形貌及残余应力场的影响。数值模拟结果表明：经LSP处理后，材料近表面形成一定深度的塑性变形层和压应力层；材料塑性变形量随激光脉冲能量增大而增加，表面及深度方向的压应力也随之增强。当激光脉冲能量为3-7 J时，最大压应力出现在对应激光光斑的中心位置。激光脉冲能量从3 J增至7 J时，深度方向塑性变形量从0.50 μm增至1.86 μm，最大压应力从362 MPa提升至742 MPa。研究表明LSP能显著改善IN718的力学性能，其中激光脉冲能量是影响处理效果的最关键因素，本研究可为IN718合金LSP处理的相关研究提供理论指导。

    关键词： 残余应力、高斯模式激光、表面形貌、激光冲击处理、IN718合金、激光脉冲能量、数值模拟

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 金属增材制造技术综述：缺陷形成机制及激光粉末床熔融过程中熔化与凝固现象的模拟

    摘要： 本综述介绍了激光粉末床熔融（LPBF）过程中熔化与凝固现象、缺陷产生机制的分析，以及采用数值模拟对熔化与凝固过程的研究，并阐述了抑制缺陷的策略。LPBF过程中的熔化与凝固现象与焊接过程较为相似。由于羽流会对熔池产生强烈的反冲压力，从而形成匙孔；当匙孔深度超过阈值时，熔池底部会残留匙孔孔隙。同时，羽流还会引发飞溅并吹出粉末，导致气孔易于产生。微观尺度的熔化与凝固模拟能够再现真实现象，而宏观尺度的熔化与凝固模拟是预测最佳制造条件的有效工具之一。为防止缺陷产生，不仅需要通过工艺图获取最佳制造条件，还需开发模拟软件，此外应用监测与反馈控制系统也极为有效，因此需发展信息物理系统。

    关键词： 数值模拟、工艺参数、增材制造、熔化现象、粉末床熔融、缺陷、激光

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 超窄间隙激光填丝焊中未熔合缺陷形成机理研究

    摘要： 奥氏体不锈钢具有诸多优异性能，在轨道交通列车中得到了广泛应用。超窄间隙激光填丝焊是连接奥氏体不锈钢的首选焊接方法，但采用该方法时焊接过程中易形成未熔合等缺陷。为阐明未熔合缺陷的形成机理，本文结合高速摄影与有限元模拟，从坡口设计与焊丝熔滴过渡行为两方面对未熔合缺陷进行分析。研究发现：窄间隙坡口形式与熔合缺陷的形成密切相关；在球状熔滴过渡条件下，复杂的反冲力、大熔滴对激光能量的阻挡作用、金属蒸气的喷发以及大熔滴过渡引发的熔池湍流都会造成熔池剧烈扰动，严重影响其传热效果。母材未完全熔化、熔滴缺乏过渡驱动力以及熔滴在坡口侧壁润湿铺展失效是焊接未熔合缺陷产生的主要原因。设计合理坡口、保证送丝稳定性、采用液桥过渡模式并适当增大热输入有利于减少未熔合的产生，这对提升焊接质量及增强轨道车辆安全性至关重要。

    关键词： 超窄间隙，数值模拟，传热机制，未熔合

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 脉冲激光参数对纯铜箔激光冲击增量成形中变形不均匀性的影响

    摘要： 基于有限元模拟研究了纯铜箔激光冲击增量成形（LSIF）中变形不均匀性与脉冲激光参数的依赖关系。采用成形深度、角度、轮廓及极限波动值评估零件成形偏差，通过数码显微镜观测成形件底面形貌。系统分析了脉冲激光能量、光斑直径和重叠率对LSIF变形不均匀性的影响。研究表明：由于LSIF的局部加载历程，成形件沿冲击方向和走行方向的形状与尺寸存在差异——沿冲击方向不同位置的成形深度和角度各异，而沿走行方向成形轮廓呈现周期性变化。适当提高激光能量可改善两个方向的变形不均匀性，成形轮廓特征取决于所选光斑直径，过小光斑可能引发回弹效应导致成形精度下降。重叠率对成形件表面形貌影响显著，当重叠率达80%时，自由端畸变会使走行方向极限波动值增大。在给定工艺条件下，推荐采用1100 mJ激光能量、2.5 mm光斑直径及60%重叠率以获得高成形质量的直线通道。

    关键词： 成形质量、激光参数、变形不均匀性、数值模拟、激光冲击渐进成形

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 冷指温度对2.59太赫兹量子级联激光器光学脉冲调制特性的影响

    摘要： 太赫兹（THz）频段光源如量子级联激光器（QCLs）为远红外波段提供了多种新型应用。为深入理解其特性，本研究采用器件特异性建模方法预测电流调制和芯片温度下的光输出功率。本文报道了通过增益开关数值模拟评估QCLs短脉冲产生的温度依赖性，采用改进速率方程对QCLs发射的太赫兹光功率进行自洽计算。该器件工作波长116微米，施加半正弦波、双曲正切波及方波等不同电脉冲输入。仿真表明：在15K温度下，方波输入仅需最小电流幅值（0.83A）即可产生最窄脉宽（FWHM）的脉冲；当方波输入峰值幅值为1.01A时，在45K温度下可生成最短19.42ps FWHM的光学脉冲。对于峰值幅值1.8A的半正弦波输入，在15K温度下可获得27.86mW的峰值功率。

    关键词： 冷指温度、速率方程模型、数值模拟、量子级联激光器、半高全宽、增益开关、光学短脉冲

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 超薄n型WS2/p型c-Si异质结太阳能电池优化的数值模拟

    摘要： 近期，超薄二硫化钨（WS2）因其优异的光电特性成为太阳能电池材料研究的热点之一。本研究采用AFORS-HET 2.5软件在AM1.5条件下模拟n型WS2/p型c-Si异质结太阳能电池结构，旨在通过仿真寻找提升该类电池性能的优化方案。通过对WS2层与Si层参数的优化，我们获得了20.57%的最大光电转换效率。随后研究了ITO功函数及界面态对电池性能的影响，发现选择合适的ITO功函数并降低界面缺陷密度可进一步提升电池性能。结果表明超薄WS2是极具应用前景的太阳能电池光伏材料。

    关键词： 功函数、异质结太阳能电池、数值模拟、二硫化钨、界面态

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 高介电常数ITIC-OE受体非富勒烯有机太阳能电池的数值模拟

    摘要： 有机半导体较低的介电常数一直是限制有机光伏性能的关键因素。采用高介电常数受体的非富勒烯受体体异质结（NFA-BHJ）有机太阳能电池正受到广泛关注。目前尚未有针对高介电常数受体NFA-BHJ有机太阳能电池的模拟研究来分析不同材料参数对器件性能的影响。本研究对传统结构的NFA-BHJ器件进行了全面建模：以聚[(2,6-(4,8-双(5-(2-乙基己基)噻吩-2-基)苯并[1,2-b:4,5-b]二噻吩)-共-(1,3-二(5-噻吩-2-基)-5,7-双(2-乙基己基)苯并[1,2-c:4,5-c]二噻吩-4,8-二酮)](PBDB-T)为聚合物给体，以含寡聚乙撑侧链的非富勒烯受体(3,9-双(2-亚甲基-(3-(1,1-二氰基亚甲基)-茚酮)-5,5,11,11-四(4-己基苯基)-二噻吩并[2,3-d:2,3-d]-s-茚并[1,2-b:5,6-b]二噻吩))(ITIC-OE)为受体。我们详细分析了工艺参数对电池性能的影响，并优化器件特性以提高效率。通过SCAPS 1D程序进行数值模拟，并通过与文献测量数据对比验证了模拟结果的有效性。器件参数优化后获得显著提升的性能指标：开路电压0.9562 V，短路电流密度mA/cm2，填充因子69.75%，光电转换效率11%。该结果为未来开发高介电常数受体的NFA-BHJ有机太阳能电池提供了积极依据。

    关键词： 数值模拟，非富勒烯受体体异质结，高介电常数，ITIC-OE受体，有机太阳能电池

    更新于2025-09-23 15:19:57