技術情報とプレゼンテーション

本文基于热传导方程，采用COMSOL有限元模拟软件中的固体传热接口研究TC4钛合金在进行飞秒激光表面扫描过程中的温度场变化。模拟采用控制变量法，通过改变不同的加工参数（脉冲能量、重复频率、扫描速度等）模拟飞秒激光加工对TC4钛合金表面瞬时最高温度的变化的影响。模拟结果表明，在多脉冲飞秒激光照射下，单个脉冲能量越高，热积累的平衡温度越高；脉冲重复频率越高，表面接受总能量越多，热积累平衡温度越高；扫描速度可以影响热积累的平衡，改善材料因表面最高温度过高而发生的氧化或熔化等不良现象。模型的模拟结果与经过验证的基于Matlab软件的数值模型的模拟实验结果相近 ... 詳細を見る

基于 Level-Set 界面跟踪方法建立了激光熔覆过程的三维瞬态数值模型，研究了瞬态熔化和凝固过程中传热传质的演化规律。该模型使用 Level-Set 方法跟踪熔池气/液界面，采用焓－多孔度（enthalpy-porosity）方法得到了固/液界面之间的糊状区，并考虑了质量添加、材料熔化/凝固、热毛细效应（Marangoni效应）、浮力效应、活性元素质量传输等对熔池流动和界面的影响。通过该模型，具体分析了质量添加、力和界面平衡条件对熔池气/液界面的影响，以及由熔池温度/浓度分布引起的热毛细效应、金属材料的熔/凝过程和熔池流动形式对熔池固/液界面的影响。结果表明 ... 詳細を見る

激光加热金属的热传导行为是传热应用的重要研究内容。镀有薄层金（~50 nm）的玻璃片作为表面等离子共振显微成像的传感芯片，能够用于绘制镀金玻片在汇聚激光加热下，由于温度升高而引起的金膜/水界面的折射率异相分布图像。为了研究金膜表面微小区域内的温度变化在三维空间中的分布，以及随时间的热扩散规律，我们利用传热（heat transfer）模块中的固体传热物理场建立了玻璃/金/水模型，模拟了镀金玻片表面经红外共聚焦激光加热过程中三相介质间的热扩散场分布，并与实验结果比较。其中，将玻璃和水两个域之间的界面设定为金薄膜，在物理场中采用薄层（thin layer ... 詳細を見る

作为一项重要的材料表面处理技术，抛光直接影响着材料表面粗糙度等表面质量评价参数。随着微纳技术和精密制造的发展，工业应用中对材料表面粗糙度的要求越来越高，对抛光技术的综合要求也随之越来越高。然而，一些传统抛光方法的弊端日益凸显，无法再满足工业需要。激光抛光作为一种非接触式抛光技术，避免了传统抛光技术的磨痕，作用区域可控，可以对选定的区域进行局部抛光，也可以对复杂结构、机械不可达或难接近结构进行抛光。本文基于传热学和流体力学的基础理论，利用多物理场耦合有限元软件 COMSOL Multiphysics®，建立激光抛光过程的热-流-自由液面变形有限元模型，分析了表面张力和 ... 詳細を見る

激光熔凝通常被作为材料表面的最终处理工艺，然而激光熔凝处理后，材料表面容易出现高低起伏的波纹，降低了其表面质量。因此，为了在激光熔凝处理后获得平整的表面，同时降低后续机加工所需的成本和时间，本文提出了利用稳态磁场抑制激光所致熔池运动的方法。以固液相变统一模型为基础，建立了考虑热传导、流体运动、相变及电磁场作用的多物理场耦合2D瞬态仿真模型，将洛仑兹力以体积力形式添加到动量方程源项中，并利用移动网格（ALE）的方法在模型中计算了熔池表面的运动形态 ... 詳細を見る

当前，塑料基材表面减反射结构研究聚焦于中空二氧化硅粒子（HSP）及其与实心粒子的混合效应，利用COMSOL Multiphysics软件在可见光谱范围内探究其光学特性。研究发现，特定尺寸（100nm）的HSP结合小尺寸实心二氧化硅粒子，在六方格子排布下，通过优化树脂覆盖和粒子间距，可实现低至0.24%的平均反射率。 受Morpho蝴蝶启发，我们提出仿生纳米球结构，通过调整几何与材料参数，实现了>99%的高反射率带宽，且对入射光角度依赖小，简化结构利于非光刻方式组装，展现出在激光谐振腔和光学滤波器中的潜力。 针对柔性塑料基板 ... 詳細を見る

为提高锂离子电池的能量密度，人们做出了许多努力，其中设计厚电极是一种很有前途的方法。传统上，在构建厚电极时会考虑动力学效应，例如降低迂回度以促进离子传输。这项工作创新性地研究了动力学和热力学对电极过程的耦合效应，并通过可视化电极过程对两者进行了竞争分析。结果表明，倾斜的平衡电位曲线有利于电极的均匀利用，但严重的动力学约束会使热力学调节失效。因此，改变电极的热力学特性以加强调节效果是一种很有前途的方法，而动力学约束则是限制电池容量释放的内在因素。深入的分析表明，确保离子和电子的混合控制可以显著缓解动力学反应的异质性。作为概念验证，我们构建了具有垂直通道的厚电极 ... 詳細を見る

激光沉积是激光增材制造的一种，激光照射靶材表面，同时合金粉末同步送入工件表面，激光与粉末相互作用，并在基体表面形成金属熔池，随着热源和粉末流的相对移动，熔池快速冷却，形成沉积道。该快速熔凝过程复杂，涉及传热（热传导与热对流）、流动、相变、质量添加、多组分传质、自由表面移动等。 本算例使用了传热模块、流动模块和组分传输模块，研究激光增材制造过程中的高温金属熔池的温度场、速度场和浓度场。分析表面张力、重力、等对熔池形成的影响；引入液相分数描述固液糊状区，在动量方程和能量方程中添加源项建立固液混合区的控制方程；采用动网格技术（ALE）实现移动自由界面 ... 詳細を見る

优先流作为结构性土壤水分入渗的主要方式，影响着作物对降水以及灌溉用水的利用效率，同时影响污染物在土壤中的迁移过程。虫洞等大孔隙是产生优先流的重要因素，准确评估优先流运动对于土壤入渗的研究具有重要意义。本文主要借助COMSOL Multiphysics软件，探索虫洞的存在对土壤水分入渗的影响。我们结合熔锡灌注法和三维激光扫描法，从田间土壤中提取到真实的虫洞三维结构，然后将真实的虫洞3D结构导入COMSOL5.5中，构建土壤入渗模型。该模型主要用到多孔介质和地下水流模块的理查德方程，其中土体主要由虫洞和土壤基质两部分构成 ... 詳細を見る

空芯光子晶体光纤（HC-PCFs）具有不同于传统光纤的带隙导光机制，在光通信系统、高功率激光器、工业制造和生物医疗等许多领域有广阔的应用前景。随着光纤拉制技术的不断进步，不同纤芯结构的 HC-PCFs 出现并带来了更好的光传输特性（图1）。通过设计新的纤芯形状，并运用 COMSOL Multiphysics® 中的 RF 模块进行仿真，可以研究各种纤芯 HC-PCFs 的模式（图2）、泄漏损耗（图3）和波导色散（图4）等特性。结果表明：设计的内凹圆化形纤芯 HC-PCFs 比传统的正十二边形纤芯 HC-PCFs 有更低的泄漏损耗和波导色散，而设计的内凹直线形纤芯 HC ... 詳細を見る