高能量短脈沖激光水下打孔的動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展以及工業(yè)的需求,使得人們對(duì)加工精度和加工效率日趨看重,激光加工技術(shù)便逐漸走上了歷史舞臺(tái)。由于激光加工過(guò)程牽涉到很多的學(xué)科領(lǐng)域,現(xiàn)象極其復(fù)雜,以至于人們對(duì)其間的相互作用規(guī)律和物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí),還了解的不是十分透徹。為了加深對(duì)激光打孔物理過(guò)程認(rèn)識(shí)和掌握,在前人研究的基礎(chǔ)上,本文對(duì)激光打孔初始階段開(kāi)展了基礎(chǔ)性的研究工作:
　　由于激光加工過(guò)程的復(fù)雜性,不可能把每個(gè)影響因素都考慮在內(nèi),所以本文提出了幾點(diǎn)假設(shè),簡(jiǎn)化了物理模型。在

2、考慮材料的相變潛熱以及固液界面對(duì)流輻射的情況下,建立了三維瞬態(tài)有限元模型,并編寫(xiě)了相應(yīng)的高斯熱源UDF程序,模擬了空氣和液態(tài)環(huán)境下激光加工靶材的熱效應(yīng)。本文使用流體分析軟件Flue nt,對(duì)激光加工材料過(guò)程中固液界面的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)以及壓力場(chǎng)進(jìn)行了理論分析研究。發(fā)現(xiàn):(1)在表面溫度迅速升高的同時(shí),材料也將吸收的能量慢慢地向材料內(nèi)部傳遞,但是其傳遞速度也隨著傳遞距離的增加而逐漸降低。由于蒸發(fā)潛熱的存在,熔化的材料達(dá)到了蒸發(fā)溫度后就不再升高

3、,會(huì)使靶材表面的溫度暫時(shí)處于平穩(wěn)的狀態(tài)。在不足50us的時(shí)間內(nèi),激光束的能量就已經(jīng)穿透了厚度為300um的鋁靶材,到達(dá)了靶材底部。此外,在相同的時(shí)間內(nèi),較高的激光功率密度表現(xiàn)出了相對(duì)較高的穿透力和較深的熔化深度。(2)對(duì)比了空氣環(huán)境與液體環(huán)境下激光加工的熱效應(yīng),并且分析了固液界面的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及壓力場(chǎng)的變化情況。發(fā)現(xiàn)由于水的強(qiáng)冷卻作用,在三種激光功率密度作用下,在最初的1us內(nèi)其溫升率比空氣中分別下降了39.6％,39.4%和38.8