已知岩石样品的密度为ρ=2g/cm3,比热容为C=0.75,热传导系数为K=4.4,假设岩石对光吸收率为η=0.6,初始温度T0=300K.利用matlab根据拉普拉斯求沿x轴速度v移动的基模高斯激光辐照岩石温度场,再根据热位移平衡方程求得应力场
时间: 2024-05-27 09:14:02 浏览: 189
【热力学】基于Matlab模拟二维对流扩散温度场 上传.zip
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由于题目中没有给出岩石的厚度和几何形状,我们假设该岩石是一个无限大的平板,厚度为h,宽度为w。同时,我们也需要知道激光的功率密度P,以便计算能量输入速率。
首先,我们需要根据高斯激光的基模公式,计算出激光在岩石表面的功率密度分布。假设激光的波长为λ,激光的半径为w0,激光的焦距为f,则激光的基模公式为:
I(x,y) = P/(πw0^2)exp(-2[(x^2+y^2)/w0^2])
其中,P为激光的总功率,w0为激光的半径,x和y为相对于激光中心的位置坐标。
由于题目中要求我们计算沿x轴的温度场,因此我们需要将激光功率密度分布在y轴方向上积分,得到沿x轴的功率密度分布:
I(x) = ∫(-∞,∞)I(x,y)dy
将高斯积分公式代入上式,得到:
I(x) = P/(πw0^2)exp(-2(x^2/w0^2))
接下来,我们需要根据热传导方程和热位移平衡方程,求解岩石的温度场和应力场。热传导方程为:
ρC(dT/dt) = K(d^2T/dx^2) + Q
其中,ρ为岩石的密度,C为岩石的比热容,K为岩石的热传导系数,Q为单位时间内激光输入的热能密度,即:
Q = ηI(x)/τ
其中,η为岩石对光的吸收率,τ为激光的脉冲宽度。
热位移平衡方程为:
d^2u/dx^2 + (1-ν)(du/dx) = α(dT/dx)
其中,u为岩石的位移场,ν为泊松比,α为热膨胀系数。
我们可以使用有限差分法或有限元法等方法,将上述方程离散化,然后使用matlab求解。最终得到岩石的温度场和应力场。
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