由于表面微結(jié)構(gòu)可以提高材料的摩擦性能、生物醫(yī)學(xué)性能以及光學(xué)性能,因此表面微結(jié)構(gòu)在微電子、國(guó)防、生物、先進(jìn)制造業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。表面微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)有多種,其中以激光為熱源的表面微結(jié)構(gòu)加工技術(shù),由于其優(yōu)良的可控性、效率高、運(yùn)用范圍廣、污染小等優(yōu)點(diǎn)受到了越來越多的關(guān)注與使用。目前關(guān)于激光表面微結(jié)構(gòu)加工的實(shí)驗(yàn)研究已有很多,但是由于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較復(fù)雜,只通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果來研究激光表面微結(jié)構(gòu)加工過程是不夠的,因此需要進(jìn)行一些數(shù)值模擬來研究材料變形過程的熱學(xué)與力學(xué)效應(yīng),解釋激光與材料的相互作用機(jī)理過程。本文以表面微結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用為背景,運(yùn)用COMSOL有限元分析軟件,建立一種基于溫度依賴性表面張力的二維有限元模型,研究了激光與材料相互作用過程中表面張力法向應(yīng)力和表面張力切向應(yīng)力對(duì)表面形貌的影響。并在此理論研究基礎(chǔ)上研究了激光能量密度分布對(duì)表面形貌的影響,分別建立了激光能量密度高斯分布和均勻分布條件下的數(shù)值模型。通過對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的觀察得出以下結(jié)論:1.激光表面微結(jié)構(gòu)加工過程中,表面張力切向應(yīng)力梯度的正負(fù)對(duì)流體流動(dòng)、表面峰值溫度以及表面形貌有著顯著的影響。當(dāng)表面張力切向應(yīng)力梯度分別為大于零、...

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 表面微結(jié)構(gòu)加工方法
    1.3 激光表面微結(jié)構(gòu)加工的研究意義
    1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
        1.4.1 國(guó)外研究進(jìn)展
        1.4.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展
    1.5 課題研究的目的、內(nèi)容和意義
第二章 激光表面微加工過程理論研究
    2.1 COMSOL傳熱模塊
        2.1.1 激光表面微結(jié)構(gòu)加工溫度變化過程
        2.1.2 相變潛熱
    2.2 COMSOL流體力學(xué)模塊
        2.2.1 固液相處理方法
        2.2.2 馬蘭戈尼對(duì)流
    2.3 熔池自由變形
    2.4 數(shù)值模型創(chuàng)建
        2.4.1 模型假設(shè)
        2.4.2 模型邊界條件設(shè)定
        2.4.3 模型建立
第三章 熱毛細(xì)力對(duì)表面形貌的作用
    3.1 熱毛細(xì)力對(duì)表面形貌影響
        3.1.1 考慮熱毛細(xì)力和表面張力法向應(yīng)力共同作用條件下的熔池變化
        3.1.2 表面張力法向應(yīng)力單獨(dú)作用下的熔池變化
        3.1.3 表面形貌曲線圖
    3.2 熱毛細(xì)力的改變對(duì)表面形貌的影響
        3.2.1 表面張力梯度的正負(fù)對(duì)表面形貌的影響
        3.2.2 表面張力梯度絕對(duì)值大小的改變對(duì)表面形貌的影響
    3.3 小結(jié)
第四章 表面張力法向應(yīng)力的改變對(duì)表面形貌的作用
    4.1 表面張力的有無對(duì)表面形貌影響
        4.1.1 不考慮毛細(xì)力和表面張力法向應(yīng)力條件下的熔池形貌變化
        4.1.2 表面形貌曲線圖
    4.2 表面張力大小的改變對(duì)表面形貌的影響
        4.2.1 表面張力梯度為負(fù)條件下的模擬結(jié)果
        4.2.2 表面張力梯度為正條件下的模擬結(jié)果
    4.3 小結(jié)
第五章 激光能量分布對(duì)材料表面形貌影響
    5.1 激光能量分布模型建立
    5.2 激光能量高斯分布與均勻分布條件下數(shù)值模擬
    5.3 激光能量密度不同分布情況下模擬結(jié)果對(duì)比
    5.4 總結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文



本文編號(hào)：3819795