纳秒脉冲激光清洗铝合金表面漆层数值模拟与实验研究

发布时间：2021-01-28 18:48

　　随着激光清洗技术在航空航天领域越来越广泛的应用,其机理与工艺相关研究在工业清洗领域有着重大需求。本文针对飞机蒙皮漆层的高效去除问题,采用理论分析、数值模拟和实验相结合的方法,开展纳秒脉冲激光清洗2024铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的数值模拟及实验研究,建立移动纳秒脉冲激光清洗的有限元模型,探究不同激光参数对激光清洗温度场和清洗后基体表面形貌的影响关系。主要研究工作如下:（1）基于激光与材料相互作用机理,分析激光能量在材料中的热传导模型,研究脉冲激光清洗不同厚度漆层所需的激光能量密度的理论模型;基于激光烧蚀理论,辅以热冲击与振动及等离子波冲击波等物理过程,探讨激光与漆层相互作用机理,建立激光清洗区域的理论去除模型,为研究激光参数和扫描参数协同调控及多参数优化模型奠定理论基础。（2）利用COMSOL Multiphysics软件建立移动纳秒脉冲激光清洗2024铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的有限元模型,对清洗过程的温度场和位移场进行可视化模拟分析,研究激光清洗2024铝合金表面漆层的温度场动态分布与表面去除的三维微坑形貌,探究激光工艺参数（扫描速度,光斑搭接率,能量密度）对温度场分布和清洗后基体... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 激光清洗
        1.2.1 传统工业清洗
        1.2.2 激光清洗技术概述
    1.3 激光清洗国内外研究现状
    1.4 本文主要研究内容及意义
        1.4.1 研究意义
        1.4.2 主要研究内容
    本研究内容得到以下基金资助
第二章 脉冲激光清洗过程的理论分析
    2.1 激光清洗过程中的反射与吸收
    2.2 激光热传导模型
    2.3 脉冲激光清洗机制
        2.3.1 选择性气化
        2.3.2 热弹性振动
        2.3.3 逆轫致剥离
        2.3.4 蒸汽压力
        2.3.5 光致压力
        2.3.6 光致分解
    2.4 脉冲激光去除模型
    2.5 本章小结
第三章 激光清洗温度场数值模拟
    3.1 激光清洗温度场数值模拟方法
        3.1.1 COMSOL有限元软件简介
        3.1.2 激光清洗温度场数值模拟的关键问题
    3.2 激光清洗温度场数值模拟过程
        3.2.1 模型建立及网格划分
        3.2.2 材料属性及边界条件
        3.2.3 激光载荷定义与加载
        3.2.4 激光清洗温度场模拟分析流程
    3.3 激光参数对温度场分布影响
        3.3.1 加载和模拟
        3.3.2 扫描速度对温度场分布的影响
        3.3.3 激光能量密度对温度场分布的影响
    3.4 激光参数对清洗形貌的影响
        3.4.1 激光参数对基体表面微坑宽度的影响
        3.4.2 激光参数对基体表面微坑深度的影响
        3.4.3 激光参数对基体表面微坑结构的影响
    3.5 本章小结
第四章 激光清洗铝合金面漆层实验与工艺研究
    4.1激光清洗实验
        4.1.1 激光清洗设备与材料
        4.1.2 实验试样制备
        4.1.3 激光清洗实验方案
    4.2 清洗表面三维形貌分析
        4.2.1 表面三维形貌检测方法及设备
        4.2.2 激光参数对表面三维形貌的影响
        4.2.3 激光参数对表面粗糙度影响
    4.3 表面微观形貌分析
        4.3.1 表面微观形貌检测方法及设备
        4.3.2 激光参数对表面形貌的影响
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]激光喷丸IN718镍基合金的高温晶粒演变规律及析出相分析[J]. 黄舒,刘牧熙,胡晓奇,李红宇,胡磊.  排灌机械工程学报. 2019(08)
[2]飞机金属蒙皮以及复合材料表面激光除漆技术[J]. 靳森,王静轩,袁晓东,胡勇,姚彩珍.  航空制造技术. 2018(17)
[3]Laser cleaning of steel structure surface for paint removal and repaint adhesion[J]. Xiaoguang Li,Tingting Huang,Ang Wei Chong,Rui Zhou,Yoo Sang Choo,Minghui Hong.  光电工程. 2017(03)
[4]船用板材激光除锈应用技术[J]. 刘洪伟,周毅鸣.  造船技术. 2016(06)
[5]基于发射光谱及成分分析的激光除漆机理研究[J]. 陈康喜,冯国英,邓国亮,刘彩飞,王德良.  光谱学与光谱分析. 2016(09)
[6]飞机蒙皮表面的预处理及涂装[J]. 陆文明,季建霞,赵宝华,李文凯,周如东.  上海涂料. 2016(04)
[7]基于颗粒形貌及成分分析的激光除漆去除机理研究[J]. 王德良,冯国英,邓国亮,陈康喜.  中国激光. 2015(10)
[8]激光清洗应用发展现状及展望[J]. 俞鸿斌,王春明,张威,王军,闫飞,胡席远.  电焊机. 2014(10)
[9]Application of thermal stress model to paint removal by Q-switched Nd:YAG laser[J]. 邹万芳,谢应茂,肖兴,曾祥志,罗颖.  Chinese Physics B. 2014(07)
[10]高速切削温度的二维热传导模型建立及求解[J]. 范晶晶,汪木兰,左健民,冯勇.  机械设计与制造. 2014(01)

硕士论文
[1]激光与物质热作用过程的数值模拟研究[D]. 陈陶.南京理工大学 2004



本文编号：3005497