化學(xué)激光輻照純鋁銅鋅合金的溫度場(chǎng)數(shù)值模擬.pdf

1、激光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的熱效應(yīng)是激光束入射靶材后發(fā)生的主要物理現(xiàn)象之一。激光輻照材料，使材料表面溫度不同程度的上升，在此過程中發(fā)生傳熱、傳質(zhì)、擴(kuò)散及組織結(jié)構(gòu)變化，這些都是影響輻照后材料性能的重要因素，研究激光輻照材料的熱效應(yīng)，是激光加工、激光熱處理和激光熱破壞等的物理基礎(chǔ)，對(duì)分析輻照組織結(jié)構(gòu)，材料表面改性有重要的指導(dǎo)作用。 激光與材料相互作用，一般功率密度較高，加熱和冷卻都是在極短的時(shí)間內(nèi)完成的，產(chǎn)生的熱影響區(qū)變化復(fù)雜，影響因素

2、多，隨著材料的不同，原始狀態(tài)的不同，激光功率密度與作用時(shí)間，入射角度等的不同，其組織形態(tài)和區(qū)域特征，內(nèi)部溫度場(chǎng)分布都會(huì)有復(fù)雜變化，且很難用實(shí)驗(yàn)的方法來測(cè)量熱影響區(qū)中的溫度分布及變化情況，因而目前對(duì)激光與材料相互作用的溫度場(chǎng)分析，一般是用計(jì)算機(jī)模擬的方法來實(shí)現(xiàn)的。 本文利用ANSYS有限元分析軟件，對(duì)化學(xué)激光輻照純鋁、銅鋅合金的溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過模擬得到了材料表面及內(nèi)部溫度場(chǎng)隨輻照時(shí)間的變化情況，并用模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的熔池深

3、度對(duì)比驗(yàn)證了模擬的精確性。對(duì)不同功率密度下激光輻照材料進(jìn)行模擬，分析激光功率密度對(duì)溫度場(chǎng)的影響，得到了鋁及銅鋅合金發(fā)生熔化破壞的功率密度閾值。 根據(jù)模擬結(jié)果，試樣表面溫度基本呈線性升高，在達(dá)到熔點(diǎn)溫度附近，由于熔化潛熱的存在，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“平臺(tái)”，能量繼續(xù)積累，到超過熔化潛熱時(shí)，溫度繼續(xù)線性上升。當(dāng)激光作用時(shí)間均為1秒時(shí)，鋁發(fā)生熔化的功率密度閾值為4200-4500W/cm2，銅鋅合金發(fā)生熔化的功率密度閾值為6100-7300W/