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连续激光辐照铝靶材过程的热耦合计算分析

李训牛  
【摘要】: 本文利用有限元的理论,对连续激光对金属材料的热传导过程进行了数值模拟,得到了金属材料的温度场分布和热耦合系数等结果。 根据经典热传导的基本原理,描述了激光对金属的加热过程,从热力学关系和热传导方程出发,讨论了这个过程中靶材温度和其它各状态参量之间的关系,给出了激光与金属相互作用的不同理论模型的加热数值解。 介绍了激光辐照靶材的数学模型下的假设,并利用轴对称的热传导方程和伽辽金法推导了轴对称的有限元的热传导方程的计算方程,并且利用简单的三角剖分,经过线性插值和总体合成,可以求得每一点的温度场。同时,给出了网格划分的方法和时间步长的确定方法。 模拟计算了铝靶材在不同功率连续激光照射下的温度场,并由对温度场的分析结果得到瞬态热耦合系数,并对不同激光功率加载下的瞬态热耦合系数进行讨论。 模拟计算了连续激光加热不同厚度靶材的温度场,并由得到的温度场结果分析得出在已知表面中心温度情况下估算特定厚度靶材不同深度处的温度的公式。 本文的研究结果对激光金属材料加工与应用有参考价值。


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