皮秒激光切割與打標(biāo)仿真中固體材料溫度場分布的研究.pdf

1、　　計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件，采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，來模擬仿真另外一個數(shù)據(jù)系統(tǒng)或者實(shí)驗(yàn)平臺，目的是讓模擬仿真的結(jié)果能真實(shí)反映被仿真的系統(tǒng)，以便縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期和節(jié)省費(fèi)用等。目前，我國的皮秒激光器的產(chǎn)業(yè)化尚處于剛起步狀態(tài)，某些關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)需要通過激光加工的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行模擬，再經(jīng)過與實(shí)際的加工效果進(jìn)行對比完善，可以為國產(chǎn)皮秒激光器今后的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。本課題的來源是“863”主題項(xiàng)目子課題：皮秒激光加工模擬與仿真(20

2、11AA030205)。
　　在激光切割打標(biāo)過程中，重要物理表現(xiàn)方式之一是溫度場的改變，即通過脈沖激光的作用使被加工的材料產(chǎn)生熱效應(yīng)，此時物質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)都會發(fā)生相應(yīng)的變化，例如熱擴(kuò)散、熱膨脹和熱應(yīng)力等。當(dāng)激光能量累積的足夠強(qiáng)時，材料的局部會發(fā)生汽化或者熔化。利用此效應(yīng)可以達(dá)到激光加工(切割、打孔、打標(biāo)等)的目的。所以對激光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的溫度場變化進(jìn)行仿真是切割打標(biāo)的關(guān)鍵內(nèi)容之一。本論文根據(jù)國產(chǎn)皮秒激光器的技術(shù)特點(diǎn)，取得

3、了以下主要結(jié)果：
　　1、對皮秒激光的能量分布和性質(zhì)進(jìn)行了模擬仿真：以高斯光束為模型，對皮秒激光在空氣(真空)中的傳播以及能量分布進(jìn)行了模擬。
　　2、根據(jù)傅里葉熱傳導(dǎo)方程在一定假設(shè)條件下的一維方程的解析解，以石英、陶瓷為例，得到了上述固體材料在皮秒激光加工時不同時刻不同位置的溫度場分布。目前得到的結(jié)論是，根據(jù)項(xiàng)目組提供的數(shù)據(jù)，當(dāng)聚焦半徑為1mm時，皮秒激光第一個脈沖到達(dá)材料后，石英上升到1289.6度，陶瓷上升到1