激光诱导制造中的气—液—固耦合仿真分析

发布时间：2021-02-15 21:28

　　激光是一种具有高精确性、高稳定性、高能效性的加工制造工具,在激光诱导制造中,激光常以其产生的高压等离子体作为与材料互相作用的重要介质。这样一来,激光诱导等离子体（Laser-Induced Plasma,以下简称LIP）的特性在激光诱导制造中的作用机理就十分关键。所以,以研究LIP在激光诱导向前转移（Laser-Induced Forward Transfer,以下简称LIFT）和激光冲击强化（Laser Shock Peening,以下简称LSP）中的气-液-固三相之间的作用机理为目标,进行了一系列的仿真研究及实验验证。研究内容和结果主要包括:1)通过分析LIP的产生与传播特性并结合实际情况,分提出了对LIFT进行模拟的两相流物理模型和对LSP进行模拟的瞬态气-液-固耦合物理模型。在两相流模型中,所用的仿真方法是从格子气自动机不断完善并发展而来的格子玻尔兹曼方法,可以处理复杂的流体交界面的流动及演化,特别适合于模拟LIFT中的流体演化。2)在对LIFT进行模拟仿真的过程中运用到Rayleigh-Plesset方程,用该方程来描述LIP气泡因膨胀和收缩导致的半径的演化,以此得到两相流模... 

【文章来源】：广东工业大学广东省

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

LSP过程原理

图 1-4 激光在氦气中烧蚀时，LIP 在不同时刻下的透明度图像[20]Fig.1-4 Transparency of LIP at different time during laser ablation in helium.同时也有许多学者[21-23]运用增强电荷耦合器件 ICCD 和阴影显像法对 LIP 的产生和传播行为进行研究，其研究结果基本与 Richard E. Russo 等的研究结果相一致。J.R. Freeman[24]等则在真空和一个标准大气压环境中分别用飞秒激光和纳秒激光来诱导产生等离子体，并用 ICCD 成像来研究飞秒 LIP 和纳秒 LIP 在不同环境压强下的传播特性。如图 1-5 所示，纳秒 LIP 比飞秒 LIP 具有较宽的角分布，在真空，等离子体的膨胀是显著的并且发射到更远的范围，在大气条件下，等离子体的膨胀受到周围的气体的约束，被限制较小的范围内。这是因为飞秒 LIP 在初始时刻获得更高的正向喷射速度，而纳秒 LIP 的膨胀动力主要来源于内部的压强。

广东工业大学硕士学位论文u[25]等研究了固体基底分别在空气和水下的激光烧蚀效果。研限度地增强了激光烧蚀效果。利用麦克风检测激光烧蚀过程1-6 所示，在有水约束的条件下，声波的峰值比空气中的要高中 LIP 的压力要更高强，这使得烧蚀的效果会更明显。并通公式计算，验证了这一推测，其主要原因是水的冲击阻抗比在初始时刻 LIP 可以达到更高的初始峰值压强。在 G.W. Ya也证明了该推测。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3035566