超快激光切割金属材料中快速相变的数值模拟

采用二维双温度模型对多脉冲激光照射金薄板的相变传热情况进行研究,通过等效比热容方法确定固液界面的位置并研究了激光参数对传热过程的影响。结果表明,当激光垂直照射金薄板时,表面整体温度不断上升,而在脉冲间隔时间内略有下降,但温度的峰值相比激光作用的中心有延迟。随着激光的移动,激光照射点处的温度会出现一个峰值,之后会回落。激光作用时间内热影响区的横向变化比纵向大,移动光源向内部的热传递占主要作用,脉冲间隔时间内,热影响区的纵向变化比横向大,金薄板内部导热占主要作用。随着激光的照射,熔化状态横向不断增加的同时,熔化的深度也在不断增加。提高入射脉冲激光能量,会导致熔化的时间提前且熔化深度增加。

散射作用下粒径对激光烧结的影响

采用二维双温度模型对激光烧结过程中的相变传热特性进行了模拟研究,重点讨论了颗粒粒径对烧结过程的影响,在此过程中考虑了散射效应的作用。通过将界面能量平衡方程、成核动力学的界面追踪法相耦合来确定固液界面的位置。结果表明:当激光垂直照射金颗粒时,熔化现象主要发生在颗粒的两极且底部熔化开始时间早,熔化体积也比较小。颗粒粒径的变化主要影响表面光强分布与传热尺寸两个方面,在激光照射阶段由于散射效应,粒径增加会使颗粒底部光强变强,底部温度升高;在激光照射结束以后,粒径越大,单位光照表面下的传热体积也越大,这导致大粒径颗粒的温度、熔化程度较低,底部温度下降速度更快。

激光照射金颗粒在散射效应下的相变传热

采用二维双温度模型结合散射作用所引起颗粒表面光强不均匀分布的结果,对单脉冲激光垂直照射金颗粒的相变传热进行研究,通过将界面能量平衡方程,成核动力学的界面追踪法相耦合来确定固液界面的位置并研究激光参数对烧结过程的影响.结果表明:当激光垂直照射金颗粒时,熔化现象主要发生在颗粒的两极且底部熔化开始时间早,熔化体积也比较小.激光的脉宽越短熔化开始时间越早,熔化体积越大.提高激光的能量密度,颗粒的熔化体积也随之增加.