皮秒激光切割與打標(biāo)仿真中固體材料溫度場(chǎng)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(lái)模擬仿真另外一個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)或者實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，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(kāi)發(fā)周期和節(jié)省費(fèi)用等。目前，我國(guó)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(guò)激光加工的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行模擬，再經(jīng)過(guò)與實(shí)際的加工效果進(jìn)行對(duì)比完善，可以為國(guó)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(lái)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(guò)程中，重要物理表現(xiàn)方式之一是溫度場(chǎng)的改變，即通過(guò)脈沖激光的作用使被加工的材料產(chǎn)生熱效應(yīng)，此時(shí)物質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)都會(huì)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(shí)，材料的局部會(huì)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(duì)激光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的溫度場(chǎng)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(guó)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(duì)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(duì)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(shí)不同時(shí)刻不同位置的溫度場(chǎng)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(shí)，皮秒激光第一個(gè)脈沖到達(dá)材料后，石英上升到1289.6度，陶瓷上升到1