摘要建立了激光打孔过程的固/液/气三相三维数值计算模型,采用水平集(1evel[.set)方法处理能量输入边界并追踪气液(L/V)界面发展,从而对激光打孔过程中的孔壁变化进行描述.模型综合考虑了材料气化、熔融液体溅射两种效应,涉及熔化潜热、气化潜热吸收及辐射散热损失等因素.基于有限体积法,编制计算程序,对激光打孔过程中的温度场、孔型演化过程进行了数值模拟,探讨了不同激光参数对打孔过程的影响.该模型对认识和研究激光打孔行为具有参考价值,也可以扩展至其他高能束流在材料表面的打孔描述.

作者:葛志福;虞钢;何秀丽;卢国权;李少霞 刊名:中国科学:物理学、力学、天文学 上传者:王修竹
  • 未找到相关文档

【摘要】建立了激光打孔过程的固/液/气三相三维数值计算模型,采用水平集(1evel-set)方法处理能量输入边界并追踪气液(LIV)界面发展,从而对激光打孔过程中的孔壁变化进行描述.模型综合考虑了材料气化、熔融液体溅射两种效应,涉及熔化潜热、气化潜热吸收及辐射散热损失等因素.基于有限体积法,编制计算程序,对激光打孔过程中的温度场、孔型演化过程进行了数值模拟,探讨了不同激光参数对打孔过程的影响.该模型对认识和研究激光打孔行为具有参考价值,也可以扩展至其他高能束流在材料表面的打孔描述.

全文阅读

中国科学:物理学 力学 天文学 2012年 第42卷 第 8期:869—876 SCIENTIA SINICA Physica.Mechanica&Astronomica phys.scichina.com 激光打孑L过程三维瞬态数值模拟 葛志福,虞钢 ,何秀丽 ,卢国权,李少霞 中国科学院力学研究所先进制造 工艺力 学实验室,北京 100190 联系人,虞刚,E—mail:gyu@imech.ac.cn;何秀丽,E-mail:xlhe@imech.ac.cn 收稿 日期:201 1-12.28;接受 日期:2012—04—18;网络 出版 日期:2012—07—17 国家 自然科学基 金资助项 目(批准 号:1083201 1) 《中国科学 》杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 摘要 建立了激光打孔过程的固/液/气三相三维数值计算模型,采用水平集(1evel[.set)方法处理能量输 入边界并追踪气液( 界面发展,从而对激光打孔过程中的孔壁变化进行描述.模型综合考虑了材料气 化、熔融液体溅射两种效应,涉及熔化潜热、气化潜热吸收及辐射散热损失等因素.基于有限体积法,编 制计算程序,对激光打孔过程中的温度场、孔型演化过程进行 了数值模拟,探讨了不同激光参数对打孔 过程的影响.该模型对认识和研究激光打孔行为具有参考价值,也可以扩展至其他高能束流在材料表面 的打孔描述. 关键词 激光打孔,数值模拟,气/液界面,水平集 PACS:42.62.Cf,44.05.+e,05.70.Fh,05.70.Np doi:10 1 360/13201 1.1 303 激 光打 孔是 一 种 以高 能量 密 度 激 光 束 为热 源 , 通过 剧烈 热效 应去 除材料 而 形成符 合要 求孔 型 的加 工 方 法 .应 用 光 学 聚 焦 技 术 ,可 以使 激 光 获 得 10 一10 W/cm 光照功 率密度,当其 以“s—ms的脉宽 作用 于材 料表面,将导致局 部区域熔化 、气化并 伴随 着等 离子体 的产 生;蒸气带着熔 融液体 向外 飞溅 ,气 液 (L/ 界面 因材 料损 失 向 内凹陷,待 激光 停止 后熔 融材料 凝 固,形成特 定形状 的孔 .目前激 光打孔 的工 艺 参数选 择很大 程度上 依赖 于试验 研究 [1 】,而激 光 打孔数 学模型 的建立对 减少成本,缩短周期 、优 化参 数有 重要 的意义 . 激 光 打 孔 过程 中存 在 剧 烈 的溅 射 与 蒸 发现 象 , 物理机制复杂,其数值模型研究多集 中于一维和二 维的描述,或者在 建模过程 中简化,假定材料 全部 以 飞溅方 式被 去除 ,不考虑 蒸 发引起质 量 、能量 损 失. Low 等人 l4】基 于流体动力学 .建立 一维解 析模型,研 究蒸发 、溅 射两种 因素在激 光打孔过程 中起 到 的作用 ; Ganesh等 人 考虑 打孔过 程 中固体 区热传 导和熔 融 金属对流换热,结合简化的蒸发模型,采用流体体积 法(VOF)对二维 孔边界发展进 行追踪.Park 等人【o 利 用 VOF 方法 ,假 设无蒸 发损失,只考虑熔 融液体飞 溅建立打孔模型,研究了硅片表面的激光打孔行为; 国内相关研 认为激光 热打孔过程 中,材料 达到熔 点 以上后,熔融金 属全 以飞溅去 除,利用 ANSYS生 死单 元 建立 了激 光打 孔 的二 维数 值模 型 .激光 打孔 过程 是材 料气 液 (L/ 界面 的演化 行 为,而 激光 与材 引用格式:葛志福,虞钢,何秀丽,等

参考文献

引证文献

问答

我要提问