重复频率脉冲激光与铝合金热作用过程的数值模拟研究

摘要

激光应用的重要基础是激光与物质相互作用物理学，重复频率长脉冲激光对金属材料的作用主要体现在热作用上。铝合金是工业应用上使用范围最广泛的材料之一，所以研究重复频率脉冲激光对铝合金的热作用过程具有重要的应用价值。
　　本文基于传热学基本理论，使用经典傅里叶热传导方程，应用有限元数值计算方法，建立了重复频率脉冲激光作用于铝合金的温升计算模型。使用等效比热容法对相变问题进行了处理，同时考虑了铝合金热物理参数随温度变化的情况，计算了不同脉冲激光的重复频率和能量密度下，铝合金温度场的空间和时间分布，并对铝合金的气化阈值和温度回落过程进行了计算与分析，得到了铝合金温度场的时空分布随脉冲激光的重复频率和能量密度的变化规律。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 研究背景及意义

1.2.1 激光辐照计算模型的研究进展

1.2.2 激光辐照金属材料的研究进展

1.2.3 研究意义

1.3 本论文的主要研究内容

第二章 毫秒脉冲激光辐照金属的理论基础

2.1 激光与物质相互作用理论基础

2.1.1 激光与物质相互作用机理

2.1.2 激光能量的吸收

2.2 激光对金属材料的热效应

2.2.1 金属的热物理性质

2.2.2 温度对金属光学特性的影响

2.2.3 重复频率脉冲激光

2.3 传热学基本理论

2.3.1 几个基本定律

2.3.2 非傅里叶热传导问题

2.3.3 热传导方程及定解条件

2.3.4 相变问题的处理

2.4 数值模拟方法

2.4.1 三种常用的数值方法

2.4.2 有限元方程及求解

第三章 重复频率毫秒激光辐照铝合金的数值模拟

3.1 理论模型

3.1.1 空间轴对称模型

3.1.2 铝合金的热物理参数

3.1.3 模型假设

3.2 有限元方法求解

3.2.1 热源及边界条件

3.2.2.网格剖分

3.3 铝合金温度场轴向分布

3.3.1 重复频率不同时铝合金温度场轴向分布

3.3.2. 能量密度不同时铝合金温度场轴向分布

3.4 铝合金温度场径向分布

3.4.1 重复频率不同时铝合金温度场径向分布

3.4.2. 能量不同时铝合金温度场径向分布

3.5 铝合金温度场时间分布

3.5.1 重复频率不同时铝合金中心点温度分布

3.5.2 能量不同时脉冲激光作用于铝合金的中心点的温度场分布

3.6 铝合金表面气化阈值研究

3.7 铝合金温度回落图

结论

致谢

参考文献