[發明專利]一種陶瓷-金屬復合結構光熱波場建模方法

有效

• 申請號: 202110459603.8
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113343547B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 張輝;羅志濤;倪中華;毛飛龍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F113/26;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 王雪

1.一種陶瓷-金屬復合結構光熱波場建模方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，根據半透明表面涂層的光學特性，利用蒙特卡洛模擬法并結合Levenberg-Marquardt和全局通用優化算法，獲得半透明表面涂層內部擴散光子密度波場分布；

步驟2，基于步驟1的所獲得的表面涂層內部擴散光子密度波場，建立三層陶瓷-金屬復合結構的空間熱源分布，包括半透明表面涂層空間變化體積熱源和內部界面熱源；

步驟3，基于格林函數法以及三層陶瓷-金屬復合結構的外部與內部界面的邊界條件，推導出三層陶瓷-金屬復合結構的空間脈沖響應；

步驟4，基于步驟2的三層結構的空間熱源分布以及步驟3的三層陶瓷-金屬復合結構的空間脈沖響應，并利用熱波擴散方程，獲得三層陶瓷-金屬復合結構的光熱波場；

步驟5，基于步驟4的三層陶瓷-金屬復合結構的光熱波場，最終獲得三層陶瓷-金屬復合結構探測表面的熱波場分布。

2.根據權利要求1所述的陶瓷-金屬復合結構光熱波場建模方法，其特征在于：所述步驟2中，空間變化體積熱源及內部界面熱源為：

其中，ω為調制頻率，δ為狄拉克函數，μ_a1為半透明表面涂層光學吸收系數，η_NR1為半透明表面涂層光熱轉化系數，I_z(z)為隨深度z的擴散光子密度波場分布；

其中，當0≤z＜L₁時，其為半透明表面涂層的空間變化體積熱源；

當z＝L₁時，其為半透明表面涂層與不透明粘結層間的內部界面熱源；

L₁表示所述三層陶瓷-金屬復合結構中半透明表面涂層的厚度。

3.根據權利要求2所述的陶瓷-金屬復合結構光熱波場建模方法，其特征在于：所述步驟3中的基于格林函數的三層陶瓷-金屬復合結構的空間脈沖響應為：

其中，G₁、H₂和H₃分別表示半透明表面涂層、不透明粘結層和不透明基體層的空間脈沖響應，σ₁、σ₂和σ₃分別表示半透明表面涂層、不透明粘結層和不透明基體層的復波數，L₁，L₂和L₃分別為半透明表面涂層、不透明粘結層和不透明基體層的厚度，z₀為熱源位置，α₁為半透明表面涂層的熱擴散率；

通過對上述格林函數進行求解，得到如下通解：

H₂(z，z₀；ω)＝A₅exp[σ₂(z-L₁)]+A₆exp[-σ₂(z-L₁)]，L₁＜z≤L₁+L₂(3b)

H₃(z，z₀；ω)＝A₇exp[σ₃(z-L₁-L₂)]+A₈exp[-σ₃(z-L₁-L₂)]，L₁+L₂＜z≤L(3c)；

其中，L＝L₁+L₂+L₃；A₁、A₂、A₃、A₄、A₅、A₆、A₇、A₈都表示待定系數，

而邊界條件表達為：

G₁(L₁|z₀；ω)＝H₂(L₁，z₀；ω)(4e)

H₂(L₁+L₂，z₀；ω)＝H₃(L₁+L₂，z₀；ω)(4g)

其中，k₁，k₂和k₃分別為半透明表面涂層、不透明粘結層和不透明基體的熱傳導率；

則根據上述公式4(a)至公式4(h)的邊界條件確定待定系數A₁-A₈分別為：

A₃＝Φ₁[M₁exp(σ₁z₀)+M₁exp(-σ₁z₀)+M₂](5c)

A₄＝Φ₂[M₁exp(σ₁z₀)+M₁exp(-σ₁z₀)+M₂](5d)

A₇＝[M₁exp(σ₁z₀)+M₁exp(-σ₁z₀)+M₂]exp(-2σ₃L₃)(5g)

A₈＝M₁exp(σ₁z₀)+M₁exp(-σ₁z₀)+M₂(5h)

其中，

ψ₃₂＝(1-θ₃₂)exp(-2σ₃L₃)+(1+θ₃₂)(5k)

M₁＝1/(2γα₁σ₁)(5o)

M₂＝Q(0，ω)/(γk₁σ₁)(5p)

M₃＝Φ₂M₂(5q)

M₄＝Φ₁M₂(5u)

其中，表示熱不匹配因子，φ₃₂和ψ₃₂被定義為雙層耦合函數，和被定義為三層耦合函數，Φ₁、Φ₂、γ、M₁、M₂、M₃和M₄被定義為中間參數、無實際意義；