激光活塞热负荷模拟实验需将高斯光束调制成按特定光强分布的多个同心光环,为此提出了基于有限元(FE)分析的激光热负荷光强分布反求设计思想。应用最初设计的整形器对有限元模型进行校核,在合理的范围内调整边界条件参数和活塞材料热物性参数,使模拟结果与实验结果吻合;对于校核后的有限元模型,通过调整光强分布和加载条件以接近目标温度场,从而获得整形器优化设计方案。基于上述方法可实现由目标温度场反求设计出光场分布。研究表明,采用数值模拟方法进行研究,可大幅度缩短整形器设计周期、降低设计费用,并起到虚拟实验的作用

活塞激光热负荷, 就是利用二元光学转光片(DOE)改变激光在空间的能量分配, 使用电脑控制激光在时间域上的分布, 从而使活塞实现特定的温度分布和波动。二元光学转光片的设计、加工需要知道各区域激光能量分配比例。为此提出了基于有限元优化的激光热负荷试验光强分布设计思想, 建立了光强优化分布模型。模拟结果表明, 二元光学转光片激光辐照区域的3个环(从中心往外)的功率比例为:0.03∶0.01∶9.96,能使活塞的温度分布与设计要求的目标温度一致, 并能模拟活塞的高周、低周疲劳。