短脈沖激光輻照加熱和熔蝕金屬過(guò)程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文采用有限元方法建立了用于研究短脈沖激光輻照加熱產(chǎn)生溫度場(chǎng)和熔蝕金屬材料過(guò)程的數(shù)值模型,進(jìn)而對(duì)多物理參數(shù)同時(shí)隨溫度變化對(duì)金屬材料的電子溫度和晶格溫度的影響以及短脈沖激光熔蝕金屬的過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。
　　 在同時(shí)考慮脈沖激光的空間、時(shí)間分布和材料物理參數(shù)同時(shí)隨溫度變化的情況下,基于雙溫耦合理論,建立了短脈沖激光輻照金屬材料的加熱過(guò)程的有限元求解模型。計(jì)算得到了短脈沖激光輻照金屬金材料激勵(lì)產(chǎn)生的溫度場(chǎng)瞬態(tài)分布,分析了激光輻照

2、后材料中電子和溫度的上升規(guī)律；研究了脈沖寬度對(duì)電子和晶格溫度溫度上升過(guò)程的影響。
　　 利用有限元方法研究了物理參數(shù)隨溫度變化對(duì)短脈沖激光輻照金屬材料產(chǎn)生溫度場(chǎng)分布的影響,分析了單一物理參數(shù)隨溫度變化以及多物理參數(shù)同時(shí)隨溫度變化對(duì)計(jì)算得到的電子和晶格溫度場(chǎng)的影響,數(shù)值結(jié)果表明:物理參數(shù)隨溫度變化(耦合系數(shù)、電子熱導(dǎo)率、電子熱容、晶格熱容)以及多物理參數(shù)同時(shí)隨溫度不僅影響金屬中電子和晶格溫度的上升快慢和最大值,而且影響著溫度場(chǎng)的空

3、間分布。
　　 基于雙溫耦合方程,在同時(shí)考慮熔化熱和汽化熱的情況下建立了短脈沖激光輻照金屬材料加熱熔蝕過(guò)程的有限元求解模型,計(jì)算得到了短脈沖激光輻照燒蝕金屬的溫度場(chǎng)變化過(guò)程,特別是氣化區(qū)域的演化過(guò)程。數(shù)值結(jié)果顯示,當(dāng)光斑半徑較小時(shí)不能把激光熔蝕金屬材料的過(guò)程簡(jiǎn)單看成一維問(wèn)題,激光輻照中心處金屬材料的的熔化深度和速度都遠(yuǎn)大于熔池邊緣的熔化深度與速度。
　　 本文建立起短脈沖激光參數(shù)和輻照加熱后金屬的溫度場(chǎng)、熔蝕過(guò)程的熔蝕深