激光辐照光电材料热学效应有限元分析
摘要: 有限元法(Finite Element Method， FEM)是激光损伤测试过程中最常用的一种仿真分析方法，这种方法的求解思路是：将待求解的模型结构化为有限个通过节点相连的单元组合体，并使用节点插值函数来对完整模型的各个物理 ...
有限元法(FiniteElementMethod，FEM)是激光损伤测试过程中最常用的一种仿真分析方法，这种方法的求解思路是：将待求解的模型结构化为有限个通过节点相连的单元组合体，并使用节点插值函数来对完整模型的各个物理场函数进行确定。 为了使所求的收敛解更精确，应将单个单元设置为尽量小的尺寸相应的模型分割也越精细。 有限元求解法的特点如下： 1)将待求解的模型划分为互相连接的有限个单元； 2)利用最低能量定律和泛函数值原理，在单元与节点之间通过线性方程组进行关联； 3)可将复杂的问题简化，具有明确的计算步骤； 4)可将连续问题进行离散，但对计算计的输出与内存要求较高； 5)同时适用于线性与非线性问题。 利用有限元法对问题的求解过程分为前处理、利用插值函数求解与后处理三个步骤。 前处理是用离散化的网格代替连续实体模型的过程，使其变成理想的有限元模型。前处理主要是对单元的划分、材料的性质、实体模型的确定、网格的设置、模型的局部调整和载荷施加任务的完成。 求解的过程如下：分析问题类型、设置结构参数、添加载荷分布和设定边界条件以及求解方程的输入，也是利用有限元法求解问题中最重要的一步。后处理过程是求解后通过列表显示、曲线图显示等方法直观地反映所关注物理场和参数的分布情况。 光电材料被激光照射过程中，由于吸收作用能量会以热能的形式在材料中进行存储，随着储存的热能不停地以热传导，热对流和热辐射的形式传递，在材料体内产生很明显的温度梯度变化，导致热应力产生并对材料造成损伤。 若利用解析计算发法进行求解，由于所关注的物理量数量巨大导致求解过程异常复杂，而利用有限差分法求解时又会受到结构上的限制，因此有限元法是解决复杂多物理场问题时的最佳选择。
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