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

建立了活塞激光热负荷数值模拟模型,研究了不同冷却介质对活塞热负荷的影响。结果表明,激光卸载过程活塞顶和通油孔通气冷却,温度波动发生在活塞顶薄层区域,与活塞在实际稳定工况下的温度响应一致;激光卸载过程活塞内腔和通油孔通气或通油孔通水冷却,温度波动区域都不能反应在实际稳定工况下的状态。低周热疲劳采用激光卸载过程配合活塞顶通气、活塞内腔和通油孔通水能缩短试验周期、加速活塞的热疲劳损伤。数值模拟与试验结果基本吻合,验证了模型的有效性。