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)律以及變化機理都是激光科學重要的研究分支,特別是研究激光與金屬靶材作用的溫度變化在實際生產(chǎn)生活中有重要指導(dǎo)意義。隨著激光能量,作用時間,光斑大小等參數(shù)的變化,金屬表面的溫度也會隨之變化,然而由于納秒脈沖激光作用時間短、能量高,對于金屬表面的實時溫度演化過程在實驗層面很難進行檢測以及研究,且靶材溫度的變化有諸多影響因素,無法確定實驗結(jié)果的準確性。本文采用模擬和實驗相結(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。同時在實驗上進行了激光輻照復(fù)合金屬靶材的實驗研究,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算了靶材表面的溫度,實驗與模擬結(jié)果相符,得出了激光輻照復(fù)合金屬靶材時其溫度場的變化規(guī)律。 

【文章來源】：長春理工大學吉林省

【文章頁數(shù)】：49 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同溫度下的頻譜曲線

圖 3.1 有限元網(wǎng)格模型激光對復(fù)合金屬熱作用的溫度場隨時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，并對初始條件和邊界條件做對應(yīng)的限定。合實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)生嚴重的幾何形變；對流；忽略邊界熱對流和熱輻射的影響。

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，對于該種材料，其熱學參數(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℃ 沸點℃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】：
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碩士論文
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本文編號：3315711