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专利号: 201810902471X
申请人: 华侨大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种模拟激光辐射颗粒的数值建模方法,其特征在于包括以下步骤:

(1)使用一个与激光光斑半径相等的颗粒来模拟激光源,通过将激光源发出的连续光线离散成等间距光束的方式来模拟激光辐射;

(2)使用局部优化算法迅速搜寻到被每一束激光直接作用的颗粒;

所述局部优化算法的逻辑如下:与所有颗粒存在的整个范围相比,建立一个至少包含6个颗粒的搜索盒子,仅需在搜索盒子内寻找到被光线直接辐射的颗粒;搜索盒子的长度方向与光线的传播方向垂直,光线从搜索盒子的中心点穿过,搜索盒子最上方边界线的中点的纵坐标为颗粒群中所有颗粒圆心纵坐标的最大值;

(3)将所有被激光作用的颗粒看作灰体,基于光的传播特性,充分考虑光线的反射、折射及穿透现象,分别寻找到每束激光辐射至颗粒表面后的反射光线与折射后穿透光线所作用的颗粒;

(4)根据热量计算公式计算出被光线作用颗粒的温度增加量,完成激光辐射颗粒的建模过程;

其具体为对于被光线作用的颗粒,其热量计算公式满足下式:

式中,△T表示颗粒的温度变化量,Q表示颗粒所获热量,Cv表示颗粒材料的比热容,m表示颗粒的质量;颗粒所获热量与颗粒对光线的吸收率、光线在颗粒内部的折射率及光线对颗粒材料的最大穿透深度有关。

2.如权利要求1所述的一种模拟激光辐射颗粒的数值建模方法,其特征在于:所述连续光线具体为一段光强服从高斯分布的光线。

3.如权利 要求1所述的一种模拟激光辐射颗粒的数值建模方法,其特征在于:为了得到一个最小的搜索盒子,将所有颗粒中的颗粒最大半径rmax作为搜索盒子长度的1/2,搜索盒子的宽度为a*rmax,a的取值根据颗粒粒径来定义。

4.如权利要求1所述的一种模拟激光辐射颗粒的数值建模方法,其特征在于:步骤4中所述的颗粒所获热量与颗粒对光线的吸收率、光线在颗粒内部的折射率及光线对颗粒材料的最大穿透深度有关,其具体为将入射能量等于颗粒所获热量,入射能量E与反射能量ER、吸收能量EA及穿透能量ET满足下列公式:E=ER+EA+ET

材料的光线吸收率A指的是吸收能量与入射能量的比值,与之对应的还有反射率R、逸出率T,三者相加和为1,当光线未穿出颗粒时,T=0;因此有:R+A+T=1

模型中令颗粒所获热量与光线穿透颗粒的深度满足线性关系,具体关系如下式:式中,EAmax表示最大吸收能量;EA表示当前吸收能量;LA表示当前穿透深度;LAS表示光线在当前颗粒前面的数个颗粒中穿透深度总和;LAmax表示最大穿透深度,该值由材料属性与激光属性共同决定。