纳秒激光表面织构的可控底部形状形成机理研究

发布时间：2021-11-02 20:31

　　表面织构即通过某种加工方式在材料表面加工出微纳尺度、具有特定形状和分布方式的微结构。近年来的模拟研究及理论分析结果表明,对表面织构底部形状进行优化设计能够有效提升织构摩擦副的摩擦学性能,但由于受到制备工艺的限制,对织构底部形状的影响规律的实验研究还较为缺乏。理论上,通过控制激光光强分布并控制熔融层厚度,可实现孔形的有效控制。因此,实现可控底部织构的构建关键在于对实现熔融层厚度的控制。为此,本文通过数值模拟和实验相结合的方法考察了纳秒激光加工中激光参数对熔融层厚度的影响规律,具体开展了如下工作:首先,构建纳秒激光加工模型,模拟过程中把激光烧蚀模型简化成二维的对称结构。然后,使用DistMesh网格划分工具对模型进行不规则划分,采用有限差分法对模型进行离散求解。最后,通过纳秒激光加工实验中的微结构火山口相对高度激光参数的变化规律来验证模拟结果,进一步验证了纳秒激光加工熔体厚度的可控性。采用双温模型模拟研究了熔体厚度、烧蚀轮廓随激光参数（包括激光能量密度、脉冲数量以及脉冲宽度）的变化规律。结果发现:在低能量密度条件下,熔体厚度随能量密度的增加而略有减少;随脉冲数量的增加,熔体厚度的变化呈上升... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题来源及研究的目的和意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 表面织构改善摩擦学性能研究现状及发展趋势
        1.2.2 表面织构制备方法
    1.3 激光与材料的相互作用一般规律
    1.4 脉冲激光加工技术
        1.4.1 飞秒激光加工技术
        1.4.2 皮秒激光加工技术
        1.4.3 纳秒激光加工技术
    1.5 激光加工数值研究现状
    1.6 本论文的主要研究内容
第二章 纳秒激光加工模型和实验基础
    2.1 建模方法
        2.1.1 双温模型
        2.1.2 网格划分
        2.1.3 定义参数
        2.1.4 数值方法
    2.2实验
        2.2.1 表面织构的纳秒激光加工
        2.2.2 微结构测量
第三章 激光能量对熔体厚度的影响
    3.1 引言
    3.2 模拟参数
    3.3 结果和分析
        3.3.1 脉冲数量对铝合金熔体厚度的影响
        3.3.2 脉冲数量对不同材料熔体厚度的影响
        3.3.3 激光能量对铝合金熔体厚度的影响
        3.3.4 脉冲能量对不同材料熔体厚度的影响
    3.4 本章小结
第四章 脉冲宽度对熔体厚度的影响
    4.1 引言
    4.2 模拟参数
    4.3 结果和分析
        4.3.1 脉冲宽度对铝合金熔体厚度的影响
        4.3.2 脉冲宽度对不同材料熔体厚度的影响
    4.4 本章小结
第五章 激光光强分布对织构底部形状的影响
    5.1 引言
    5.2 理论基础
    5.3 数值模拟
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间主要研究成果及参与科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]在单点金刚石机床上用刨削加工微槽的方法[J]. 李伟国,周欢伟,李克天.  机电工程技术. 2018(10)
[2]连续/脉冲复合激光光束辐照铝靶材的热特性研究[J]. 李超,高勋,安良友志,王毕艺.  长春理工大学学报(自然科学版). 2018(02)
[3]织构表面在油和水中的润湿性及摩擦学性能[J]. 马明明,连峰,姜康,张会臣.  材料研究学报. 2018(03)
[4]飞秒激光烧蚀硅晶等离子体光斑集成小波处理[J]. 王福斌,李鑫,武晨,刘洋,陈至坤.  激光杂志. 2017(11)
[5]皮秒激光制备表面微结构加工工艺及耐磨性能研究[J]. 张瑄珺,李炜,姜兆华,夏琪,潘涌,沈佳骏,张伟,王健超.  应用激光. 2017(05)
[6]纳秒激光打孔孔径随激光参数的变化规律[J]. 邹振强,李健,胡璐瑶.  光学与光电技术. 2017(05)
[7]皮秒激光微纳加工304不锈钢形貌调控[J]. 谢志伟,董世运,闫世兴,李恩重,汪宏斌,李重河.  激光与光电子学进展. 2018(03)
[8]考虑表面张力影响的表面织构最优参数分析[J]. 陈平,李俊玲,邵天敏,项欣,刘光磊.  机械工程学报. 2016(19)
[9]激光表面织构对铸铁摩擦磨损性能的影响[J]. 陈傲,王书文,蒋春燕.  表面技术. 2016(09)
[10]表面织构对滑动轴承润滑性能的影响[J]. 高元,王文中,赵自强,孔凌嘉.  润滑与密封. 2016(08)

博士论文
[1]材料的表面形貌和力学性能对混合润滑的影响[D]. 张阔.吉林大学 2012
[2]激光仿生耦合处理灰铸铁的摩擦磨损性能[D]. 宋起飞.吉林大学 2007

硕士论文
[1]织构对铝合金表面润湿性和摩擦学性能的影响[D]. 马明明.大连海事大学 2018
[2]纳秒激光薄铝板精密打孔研究[D]. 熊厚.湖北工业大学 2016
[3]柔性材料的表面设计及其粘附特性的研究[D]. 翁晓龙.南京航空航天大学 2014
[4]圆柱内表面电解加工微小凹坑阵列技术研究[D]. 宫超林.南京航空航天大学 2012
[5]微小凹坑阵列电化学加工技术研究[D]. 杜海涛.南京航空航天大学 2009
[6]不同材料激光表面微造型实验分析与数值模拟[D]. 杨胜军.江苏大学 2008
[7]金属材料脉冲激光刻蚀微加工的基础研究[D]. 刘院省.北京工业大学 2007



本文编号：3472338