ansys激光超聲的案例
COMSOL激光超聲案例
0、研究背景
激光超聲是一種非接觸,高精度,無(wú)損傷的新型超聲檢測(cè)技術(shù)。它利用激光脈沖在被檢測(cè)工件中激發(fā)超聲波,并用激光束探測(cè)超聲波的傳播,從而獲取工件信息，比如工件厚度、內(nèi)部及表面缺陷，材料參數(shù)等等。
本案例主要研究激光作用在物體表面上的熱彈效應(yīng)。即在較低的吸收率下，表面吸收的熱量不超過(guò)物質(zhì)融化溫度，產(chǎn)生的是短時(shí)膨脹過(guò)程，與該膨脹相關(guān)的應(yīng)力波絕大部分在彈性范圍內(nèi)。
1、模型介紹
本模型為一塊矩形鋁板（長(zhǎng)×寬：5mm×3mm），選擇2d、固體傳熱、固體力學(xué)、多物理場(chǎng)模塊為熱膨脹和溫度耦合。具體如下圖所示，其中固定溫度為室溫。
2、熱通量定義
熱通量是關(guān)于時(shí)間和位置的函數(shù)。
位置函數(shù)：
時(shí)間函數(shù)：
熱通量：an3(x,t)=an1(x)*an2(t)
3、結(jié)果分析
熱膨脹引起的振動(dòng)
熱膨脹引起的振動(dòng)（高程顯示）
從結(jié)果來(lái)看，熱應(yīng)力引起的波可以看到橫波和縱波的存在。總感覺(jué)這個(gè)模型有說(shuō)不出來(lái)的問(wèn)題，大家可以一起討論下，以此來(lái)進(jìn)一步完善模型。
歡迎大家隨時(shí)交流：
展開 超聲輔助激光熔覆數(shù)值仿真
超聲輔助激光熔覆利用高能超聲波在熔體中產(chǎn)生的非線性效應(yīng)，如超聲空化和聲流效應(yīng)等，來(lái)改善熔池內(nèi)增強(qiáng)體與熔體的潤(rùn)濕性，促使增強(qiáng)體在熔體中均勻分布。同時(shí)，聲流攪拌作用將空化效應(yīng)產(chǎn)生的晶核擴(kuò)散至整個(gè)熔池中，有效提高了形核率，均化了溫度梯度和成分分布，降低了偏析程度。這種結(jié)合了激光熔覆和超聲振動(dòng)的技術(shù)，可以提高熔覆層的質(zhì)量和性能。
本案例展示了超聲輔助下激光熔覆的動(dòng)態(tài)過(guò)程，仿真結(jié)果如圖所示：
該仿真模型考慮了溫度場(chǎng)+流場(chǎng)+超聲場(chǎng)+動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，感興趣的朋友，歡迎交流合作！
基于comsol的激光激發(fā)超聲裂紋探測(cè)模型 ￥2400
該技術(shù)接合了超聲檢測(cè)的高精度和光學(xué)檢測(cè)非接觸的優(yōu)點(diǎn),具有高靈敏度(亞納米級(jí)),高檢測(cè)帶寬(GHz)的優(yōu)點(diǎn)。 激光超聲檢測(cè)技術(shù)在上世紀(jì)九十年代晚期出現(xiàn)成熟的商用系統(tǒng)并最早在無(wú)縫鋼管產(chǎn)業(yè)開始應(yīng)用。目前該技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到激光焊接焊縫質(zhì)量在線監(jiān)控，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片檢測(cè)，飛機(jī)機(jī)身搭接腐蝕檢測(cè)，高溫陶瓷，金屬，復(fù)合材料檢測(cè)，電子元器件/半導(dǎo)體封裝質(zhì)量檢測(cè)，各種材料涂層缺陷檢測(cè)等眾多領(lǐng)域，針對(duì)其他應(yīng)用的商用系統(tǒng)也不斷發(fā)展并走向市場(chǎng)。目前激光超聲檢測(cè)技術(shù)仍不盡成熟，針對(duì)單晶硅片等硬脆材料的檢測(cè)技術(shù)仍有待研究。<br></p><h2>工作原理</h2><p><a></a>當(dāng)激光的能量聚焦照射到彈性材料表面時(shí)，部分會(huì)轉(zhuǎn)移到材料本身并以熱能和應(yīng)力波動(dòng)能的形式表現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)改變激發(fā)激光的幾何形狀可以控制能量在材料中的分布以及對(duì)材料的影響。激光超聲就是利用高能激光脈沖與物質(zhì)表面的瞬時(shí)熱作用，通過(guò)熱彈效應(yīng)（少數(shù)情況是熱蝕效應(yīng)）在固體表面產(chǎn)生應(yīng)變和應(yīng)力場(chǎng)，使粒子產(chǎn)生波動(dòng)，進(jìn)而在物體內(nèi)部產(chǎn)生超聲波。根據(jù)入射到物體表面激光能量的不同，激光脈沖在物體表面產(chǎn)生的這種熱效應(yīng)可分為熱彈效應(yīng)和熱蝕效應(yīng)兩種。在較低的吸收率下，表面吸收的熱量不超過(guò)其融化溫度，產(chǎn)生的是短時(shí)膨脹過(guò)程，與該膨脹相關(guān)的應(yīng)力波絕大部分在彈性范圍內(nèi)，該方式稱為<strong>熱彈效應(yīng)</strong>。在高能作用下，物體的溫度升高，超過(guò)了其蒸發(fā)溫度，產(chǎn)生燒蝕現(xiàn)象，使材料表面氣化，形成等離子體，于是有一垂直表面的反作用力作用在表面，形成彈性波源，該方式稱為<strong>熱蝕效應(yīng)</strong>。在熱彈性區(qū)，激光產(chǎn)生的應(yīng)力波大小與吸收光的能量呈正比，對(duì)于均勻能量分布，可用一維模型描述激光束在材料表面產(chǎn)生的應(yīng)力，其在材料表面產(chǎn)生的應(yīng)力-應(yīng)變與材料表面吸收的激光能量呈正比。
展開 從零搭建Comsol 5.6版本的激光超聲仿真模型
自己搭建的Comsol 5.6版本的激光超聲仿真模型，視頻內(nèi)容詳細(xì)，歡迎觀看。
激光超聲二維位移圖如下：
激光超聲表面波波形如下：
點(diǎn)擊下方↓↓↓課程鏈接進(jìn)行觀看。
課程鏈接
Abaqus激光+橢圓超聲振動(dòng)多能場(chǎng)輔助車削案例講解
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【Ansys線上直播回看】“聚焦激光”——采用Ansys Lumerical進(jìn)行邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器
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本次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)中展示如何使用Ansys Lumerical的INTERCONNECT工具中行波激光模型（TWLM）來(lái)仿真Fabry-Perot、DFB、DBR等邊射型激光器以及半導(dǎo)體光放大器 （SOA），還會(huì)說(shuō)明增益、電荷傳輸、光傳播等參數(shù)如何使用物理仿真來(lái)模擬，并將之導(dǎo)入光路上的緊湊模型來(lái)描述整個(gè)激光器件。重點(diǎn)介紹Ansys Lumerical仿真激光用的TWLM以及MQW工具，并示范如何使用Ansys Lumerical的FDE/MODE與MQW來(lái)計(jì)算光的傳播與增益特性。
此次網(wǎng)絡(luò)直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會(huì)后我們也陸續(xù)收到在線觀眾以及其他用戶前來(lái)詢問(wèn)，在此附上本場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)直播錄播內(nèi)容，供大家回看學(xué)習(xí)。
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展開 報(bào)名 | “聚焦激光”——采用Ansys Lumerical進(jìn)行邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器仿真
在本次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)中，將展示如何使用Ansys Lumerical的INTERCONNECT工具中行波激光模型（TWLM）來(lái)仿真Fabry-Perot、DFB、DBR等邊射型激光器以及半導(dǎo)體光放大器 （SOA），還會(huì)說(shuō)明增益、電荷傳輸、光傳播等參數(shù)如何使用物理仿真來(lái)模擬，并將之導(dǎo)入光路上的緊湊模型來(lái)描述整個(gè)激光器件。研討會(huì)將重點(diǎn)介紹Ansys Lumerical仿真激光用的TWLM以及MQW工具，并示范如何使用Ansys Lumerical的FDE/MODE與MQW來(lái)計(jì)算光的傳播與增益特性，介紹如何將物理仿真或?qū)嶒?yàn)量測(cè)的結(jié)果導(dǎo)入TWLM來(lái)表征包含量子井增益的波導(dǎo)，并進(jìn)行增益與激光器設(shè)計(jì)。無(wú)論您是從事電路集成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還是從事分立元件的激光器設(shè)計(jì)人員，本次研討會(huì)都將幫助您學(xué)習(xí)如何進(jìn)行激光器的設(shè)計(jì)。歡迎報(bào)名！
展開 報(bào)名 | “聚焦激光”——采用Ansys Lumerical進(jìn)行邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器仿真
在本次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)中，將展示如何使用Ansys Lumerical的INTERCONNECT工具中行波激光模型（TWLM）來(lái)仿真Fabry-Perot、DFB、DBR等邊射型激光器以及半導(dǎo)體光放大器 （SOA），還會(huì)說(shuō)明增益、電荷傳輸、光傳播等參數(shù)如何使用物理仿真來(lái)模擬，并將之導(dǎo)入光路上的緊湊模型來(lái)描述整個(gè)激光器件。研討會(huì)將重點(diǎn)介紹Ansys Lumerical仿真激光用的TWLM以及MQW工具，并示范如何使用Ansys Lumerical的FDE/MODE與MQW來(lái)計(jì)算光的傳播與增益特性，介紹如何將物理仿真或?qū)嶒?yàn)量測(cè)的結(jié)果導(dǎo)入TWLM來(lái)表征包含量子井增益的波導(dǎo)，并進(jìn)行增益與激光器設(shè)計(jì)。無(wú)論您是從事電路集成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還是從事分立元件的激光器設(shè)計(jì)人員，本次研討會(huì)都將幫助您學(xué)習(xí)如何進(jìn)行激光器的設(shè)計(jì)。歡迎報(bào)名！
展開 Ansys Zemax | 大功率激光系統(tǒng)的 STOP 分析（四）
大功率激光器廣泛用于各種領(lǐng)域當(dāng)中，例如激光切割、焊接、鉆孔等應(yīng)用中。由于鏡頭材料的體吸收或表面膜層帶來(lái)的吸收效應(yīng)，將導(dǎo)致在光學(xué)系統(tǒng)中由于激光能量吸收所產(chǎn)生的影響也顯而易見，大功率激光器系統(tǒng)帶來(lái)的激光能量加熱會(huì)降低此類光學(xué)系統(tǒng)的性能。為了確保焦距穩(wěn)定性和激光光束的尺寸和質(zhì)量，有必要對(duì)這種效應(yīng)進(jìn)行建模。在本系列的 5 篇文章中，我們將對(duì)激光加熱效應(yīng)進(jìn)行仿真，包括由于鏡頭材料溫度升高而引起的折射率變化，以及由機(jī)械應(yīng)力和熱彈性效應(yīng)造成的結(jié)構(gòu)變形。（聯(lián)系我們獲取文章附件）
FEA 分析準(zhǔn)備
在本文中，我們將在 OpticStudio 中打開完整的光機(jī)系統(tǒng)，準(zhǔn)備記錄光束穿過(guò)鏡頭和反射鏡時(shí)被吸收的激光功率。隨后，我們使用可以導(dǎo)入到FEA軟件的格式來(lái)導(dǎo)出此數(shù)據(jù)。打開附件中的 ‘system_NSC_2022.zar’ 文件。
體探測(cè)器物體
與 2D 探測(cè)器物體（例如矩形探測(cè)器、表面探測(cè)器、顏色探測(cè)器等）不同，體探測(cè)器為 3D 物體形式的探測(cè)器，探測(cè)器將通過(guò)像元（體積形式的像素）記錄對(duì)應(yīng)的吸收通量、入射通量以及體吸收通量。為了獲得鏡頭中對(duì)應(yīng)的吸收通量數(shù)據(jù)，我們將在系統(tǒng)中使用體探測(cè)器物體。
當(dāng)使用體探測(cè)器時(shí)，我們可以充分利用非序列模式中的嵌套規(guī)則，計(jì)算鏡頭等物體內(nèi)部吸收的通量。如果兩個(gè)非序列模式物體在空間里重疊，則重疊區(qū)域中的光線行為由嵌套規(guī)則進(jìn)行確定。嵌套規(guī)則規(guī)定：如果光線在空間里的同一位置上照射到一個(gè)以上的物體，NSC 編輯器中列出的最后一個(gè)物體將用于確定該位置上用于與光線相互作用的表面屬性或體屬性。
添加體探測(cè)器物體
為了獲得鏡頭吸收的通量，我們將為每個(gè)元件添加一個(gè)體探測(cè)器物體。根據(jù)嵌套規(guī)則，在 NSCE 的每個(gè)鏡頭前面插入一個(gè)略大于相應(yīng)鏡頭元件的體探測(cè)器。
展開 Ansys Zemax | 大功率激光系統(tǒng)的 STOP 分析（五）
大功率激光器廣泛用于各種領(lǐng)域當(dāng)中，例如激光切割、焊接、鉆孔等應(yīng)用中。由于鏡頭材料的體吸收或表面膜層帶來(lái)的吸收效應(yīng)，將導(dǎo)致在光學(xué)系統(tǒng)中由于激光能量吸收所產(chǎn)生的影響也顯而易見，大功率激光器系統(tǒng)帶來(lái)的激光能量加熱會(huì)降低此類光學(xué)系統(tǒng)的性能。為了確保焦距穩(wěn)定性和激光光束的尺寸和質(zhì)量，有必要對(duì)這種效應(yīng)進(jìn)行建模。在本系列的 5 篇文章中，我們將對(duì)激光加熱效應(yīng)進(jìn)行仿真，包括由于鏡頭材料溫度升高而引起的折射率變化，以及由機(jī)械應(yīng)力和熱彈性效應(yīng)造成的結(jié)構(gòu)形變。本篇是這個(gè)系列的最后一篇內(nèi)容。（聯(lián)系我們獲取文章附件）
使用 STAR 模塊分析 STOP 效應(yīng)
在您的 FEA 軟件中完成結(jié)構(gòu)與熱分析后，可將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為一系列簡(jiǎn)單的文本文件，以便利用 STAR 模塊導(dǎo)入到 OpticStudio 中。在這篇文章中，我們將演示如何執(zhí)行完整的 OpticStudio 分析，以幫助您量化和了解系統(tǒng)光學(xué)性能的影響。有關(guān)所需 STAR 數(shù)據(jù)格式的完整詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱 OpticStudio 幫助文件 STAR 選項(xiàng)卡> FEA 數(shù)據(jù)組>加載 FEA 數(shù)據(jù)章節(jié)。對(duì)于 Ansys Mechanical，有 ACT 擴(kuò)展可用于以正確格式自動(dòng)輸出數(shù)據(jù)。
在 OpticStudio 中加載和擬合 FEA 數(shù)據(jù)
1 首先，我們打開文章下載附件中的 ‘Lens-3P_D25.4_2022.zar’ 文件，這是系列文章第一篇中介紹的原始序列模式光學(xué)系統(tǒng)。我們將在 STAR 模塊上應(yīng)用來(lái)自 FEA 工具的結(jié)構(gòu)和熱數(shù)據(jù)，并評(píng)估其對(duì)名義光學(xué)系統(tǒng)性能的相關(guān)影響。
2 如果要加載 FEA 數(shù)據(jù)，我們點(diǎn)擊 STAR…FEA數(shù)據(jù)…加載FEA數(shù)據(jù)（STAR…FEA Data…Load FEA Data），瀏覽到對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)文件位置，選擇全部相關(guān)文件，并點(diǎn)擊 打開（Open）。
展開 Ansys apdl多激光模型建立
有哪位大佬懂多激光建模的，求教！！！
Ansys Zemax | 在OpticStudio中模擬高階激光光束
概要
本文描述了OpticStudio中可用于描述高階激光束的模型。一旦定義，這樣的光束可以在OpticStudio中使用物理光學(xué)傳播設(shè)計(jì)的任何光學(xué)系統(tǒng)中傳播。由矩形、圓形和橢圓形增益孔徑的激光腔產(chǎn)生的光束可以用可用的Hermite-Gaussian, Laguerre-Gaussian和Ince-Gaussian光束模型來(lái)描述。
簡(jiǎn)介
一般來(lái)說(shuō)，激光的輸出可以通過(guò)求解傍軸波動(dòng)方程得到。這個(gè)方程最常見的解是理想單模高斯光束。其它正交解集的存在依賴于給定系統(tǒng)的對(duì)稱性。1 它們可以用來(lái)模擬高階光束模式。
OpticStudio提供了建模三個(gè)其他解決方案的選項(xiàng)。所選擇的解將描述光束的初始電場(chǎng)分布，然后使用物理光學(xué)傳播(POP)對(duì)光束的后續(xù)傳播進(jìn)行建模。
Hermite-Gaussian模型
對(duì)于矩形對(duì)稱的激光諧振腔，即矩形增益孔徑的激光諧振器，用Hermite-Gaussian模型給出了傍軸波動(dòng)方程的合適解。這些模式的電場(chǎng)分布可以用Hermite多項(xiàng)式表示。這種模式可以在OpticStudio中使用POP設(shè)置對(duì)話框中內(nèi)置的“高斯束腰”光束定義建模:
這種模式的基本輸入是束腰在X和Y上的寬度和在X和Y上的階數(shù)。以上設(shè)置演示如何模擬在X和Y方向上具有相同束腰寬度的(0,0)模式,對(duì)應(yīng)于一個(gè)單模高斯光束。然而，輸入光束也可以是在X和Y上不對(duì)稱的高階Hermite-Gaussian光束，例如:
Hermite-Gaussian模型通常被稱為TEMm,n模，其中m是光束在X中的階數(shù)，n是光束在Y中的階數(shù)。同樣，高斯光束是TEM00模光束。
關(guān)于“高斯束腰”光束定義的輸入?yún)?shù)的進(jìn)一步描述可以在幫助系統(tǒng)中“關(guān)于物理光學(xué)傳播”一節(jié)中找到。
展開 Ansys Zemax | 使用OpticStudio進(jìn)行閃光激光雷達(dá)系統(tǒng)建模（下）
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展開 Ansys Zemax | 使用 OpticStudio 進(jìn)行閃光激光雷達(dá)系統(tǒng)建模（中）
在消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域，工程師可利用激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)眾多功能，如面部識(shí)別和3D映射等。盡管激光雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛而且截然不同，但是 “閃光激光雷達(dá)” 解決方案通常都適用于在使用固態(tài)光學(xué)元件的目標(biāo)場(chǎng)景中生成可檢測(cè)的點(diǎn)陣列。憑借具有針對(duì)小型封裝結(jié)構(gòu)但可獲取三維空間數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢(shì)，固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)在智能手機(jī)和筆記本電腦等消費(fèi)類電子產(chǎn)品中日益普及。在這個(gè)系列的文章中，我們將探討如何使用 Ansys Zemax OpticStudio 對(duì)此類系統(tǒng)進(jìn)行建模，包括從序列初始設(shè)計(jì)到集成機(jī)械外殼的整個(gè)流程。
該文章為閃光激光雷達(dá)系統(tǒng)建模系列文章的第二篇。（點(diǎn)擊查看第一篇）
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簡(jiǎn)介
激光雷達(dá)系統(tǒng)在工業(yè)界中有著多種場(chǎng)景下的應(yīng)用，對(duì)應(yīng)于不同種類的激光雷達(dá)系統(tǒng)（比如用于掃描元件或確定視野的系統(tǒng)等），本示例將主要探索如何使用衍射光學(xué)元件來(lái)復(fù)制光源陣列在目標(biāo)場(chǎng)景中的投影。成像透鏡系統(tǒng)隨后可觀察到投影的光源陣列，以獲取投射光線的飛行時(shí)間信息，進(jìn)而生成投影點(diǎn)的深度信息。
在本文中，我們將介紹如何將上篇的序列模式起始結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并向非序列模型中添加更多細(xì)節(jié)。我們還將應(yīng)用 ZOS-API 在閃光激光雷達(dá)系統(tǒng)中生成一些時(shí)間飛行結(jié)果。
初始轉(zhuǎn)換至非序列模式
為了觀察這兩個(gè)模塊結(jié)合成為整個(gè)系統(tǒng)將如何工作，我們可以在每個(gè)系統(tǒng)中使用 “轉(zhuǎn)換至非序列模式組” 工具（可以在 文件選項(xiàng)卡…轉(zhuǎn)換至非序列模式組 中找到）來(lái)生成照明和成像子系統(tǒng)的非序列模型。
展開 ansys激光熔覆溫度場(chǎng)模擬 ￥150
激光單道熔覆文件
