激光作用下硅材料的熱應(yīng)力分析.pdf

1、利用激光加工硅材料可以保證加工的精度和效率的同時(shí)大大提高加工的環(huán)保性，因此也日益為人們所重視和采用。當(dāng)激光作用在硅材料表面時(shí)，加工經(jīng)常會(huì)遇到硅材料熱應(yīng)力變形、損傷等問題，本文主要研究的正是激光輻照下硅材料的溫度與熱應(yīng)力問題。
　　 針對(duì)激光輻照硅材料的溫度分布和熱應(yīng)力分布問題，論文在分析熱傳導(dǎo)理論的基礎(chǔ)上，對(duì)非穩(wěn)態(tài)溫度場下硅材料的溫度分布和應(yīng)力分布進(jìn)行解析求解，并根據(jù)初始條件、邊界條件以及熱彈性方程，分別對(duì)一維、二維和三維非穩(wěn)態(tài)

2、溫度場下激光照射硅材料時(shí)產(chǎn)生的溫度分布與應(yīng)力分布進(jìn)行了解析求解。
　　 論文在熱傳導(dǎo)理論的基礎(chǔ)上，建立了激光輻照硅材料過程中的熱分布和應(yīng)力分布數(shù)學(xué)模型，采用有限元分析法，利用ANSYS軟件和APLD語言，模擬分析了波長為1064nm、能量為100mJ、脈沖寬度為10ns、能量呈高斯分布的激光輻照晶面結(jié)構(gòu)為{110}的單晶硅材料時(shí)激光輻照區(qū)及其邊緣的熱分布和熱應(yīng)力分布，并在此基礎(chǔ)上，分析了激光能量、激光光斑尺寸對(duì)熱分布和熱應(yīng)力分布

3、的影響。
　　 結(jié)果表明，在激光光斑半徑內(nèi)，硅材料溫升迅速，光斑半徑外溫度變化不明顯。而且硅材料上光斑半徑內(nèi)相同節(jié)點(diǎn)的溫度隨激光能量的變化而變化；隨激光半徑的增大而減小。硅材料上熱應(yīng)力的值是隨著溫度的升高而增大的，但其分布比較復(fù)雜。環(huán)向熱應(yīng)力在光斑半徑內(nèi)熱應(yīng)力表現(xiàn)為負(fù)值，在光斑半徑處變化迅速，從負(fù)值變?yōu)檎?，并在達(dá)到正向最大值后緩慢下降。
　　 論文的研究工作將為硅材料激光損傷機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究提供理論指導(dǎo)，為硅材料的激光加