激光與金屬材料相互作用的過程中,隨著激光參數(shù)的不同,靶材表面會(huì)發(fā)生溫度升高、熔融、氣化等物理現(xiàn)象。激光與物質(zhì)作用過程中的熱效應(yīng),其變化規(guī)律以及變化機(jī)理都是激光科學(xué)重要的研究分支,特別是研究激光與金屬靶材作用的溫度變化在實(shí)際生產(chǎn)生活中有重要指導(dǎo)意義。隨著激光能量,作用時(shí)間,光斑大小等參數(shù)的變化,金屬表面的溫度也會(huì)隨之變化,然而由于納秒脈沖激光作用時(shí)間短、能量高,對(duì)于金屬表面的實(shí)時(shí)溫度演化過程在實(shí)驗(yàn)層面很難進(jìn)行檢測(cè)以及研究,且靶材溫度的變化有諸多影響因素,無法確定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文采用模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式,利用有限元分析軟件COMSOL Multiphiscs建立了三維有限元模型,在考慮不同種金屬之間熱傳導(dǎo)的環(huán)境下,模擬了靶材交界面附近溫度隨激光能量、脈沖頻率的變化規(guī)律,探究兩種金屬之間熱相互作用帶來的溫度變化情況。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行了激光輻照復(fù)合金屬靶材的實(shí)驗(yàn)研究,根據(jù)所采集的光譜數(shù)據(jù),利用普朗克黑體輻射定律反演計(jì)算了靶材表面的溫度,實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果相符,得出了激光輻照復(fù)合金屬靶材時(shí)其溫度場(chǎng)的變化規(guī)律。 

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：49 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

不同溫度下的頻譜曲線

圖 3.1 有限元網(wǎng)格模型激光對(duì)復(fù)合金屬熱作用的溫度場(chǎng)隨時(shí)間和空間的變化激光器能量分布相同的高斯分布表示激光輸出功率，并對(duì)初始條件和邊界條件做對(duì)應(yīng)的限定。合實(shí)際的表示了脈沖激光輸出功率密度分布，考慮并建。重復(fù)頻率激光作用于復(fù)合金屬靶材的理論模型示意照復(fù)合金屬交界面，入射激光束為高斯型光束，激光設(shè)互作用過程十分復(fù)雜，為了簡化計(jì)算，做如下假設(shè)：靶材均是各向同性；程中金屬靶材未發(fā)生嚴(yán)重的幾何形變；對(duì)流；忽略邊界熱對(duì)流和熱輻射的影響。

圖 3.2 激光與復(fù)合金屬作用示意圖 圖 3.3 激光能量高斯光束模擬圖模擬中選取的材料分別為 Al、Cu，對(duì)于該種材料，其熱學(xué)參數(shù)如下所示：表 3-1 兩種不同金屬物理性質(zhì)金屬密度(固體）g/cm3密度（液體）g/cm3熔點(diǎn)℃ 沸點(diǎn)℃比熱J鋁 2.702 2.385 660.37 2467.0 銅 8.735 8.000 1083.4 2567.0 金屬比熱容（液體）J/KgK熱導(dǎo)率(固體）W/mK熱導(dǎo)率(液體)W/mK線性吸收系數(shù)δ/nm反鋁 1050 237 100 10 銅 558 386 324 13

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3315711