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基于二维多物理场的激光毁伤过程仿真

汤欣卓 张昊春 周子杨 罗曦

汤欣卓, 张昊春, 周子杨, 罗曦. 基于二维多物理场的激光毁伤过程仿真[J]. 应用光学.
引用本文: 汤欣卓, 张昊春, 周子杨, 罗曦. 基于二维多物理场的激光毁伤过程仿真[J]. 应用光学.
TANG Xinzhuo, ZHANG Haochun, ZHOU ziyang, LUO Xi. Two-dimensional multiphysics field simulation of laser damage based on COMSOL[J]. Journal of Applied Optics.
Citation: TANG Xinzhuo, ZHANG Haochun, ZHOU ziyang, LUO Xi. Two-dimensional multiphysics field simulation of laser damage based on COMSOL[J]. Journal of Applied Optics.

基于二维多物理场的激光毁伤过程仿真

基金项目: 基金
详细信息
    作者简介:

    汤欣卓(出生年—),性别,学历,职称,主要从事……方面的研究。E-mail:xx@xx.com

  • 中图分类号: TN249;TK124

Two-dimensional multiphysics field simulation of laser damage based on COMSOL

  • 摘要: 激光毁伤过程的分析研究可以辅助研究激光防护材料,同时也为激光加工提供建议,因此针对高反射率金属涂覆的材料激光烧蚀过程,建立了基于COMSOL的二维多物理场模型。利用表面热源简化激光作用于物质的问题,建立毁伤过程的位移场、温度场、应力场,并采用向后差分的方法进行求解,获得激光辐照下材料的烧蚀形状与温度场、应力场分布特征。对比有无涂层防护情况下的仿真结果,高反射率涂层防护能够使材料在同时间内激光烧蚀深度减少约95%,径向温度及应力变化范围缩小约33%,验证了高反射率金属涂层的防护效果;对比不同时刻的仿真结果,随时间增长材料烧蚀深度、温度应力变化范围呈均匀增长。为激光毁伤过程的研究以及激光防护材料开发提供了参考。
  • 图  1  激光烧蚀过程示意图

    Fig.  1  Schematic diagram of the laser ablation process

    图  2  金属类高反射率防护材料涂覆的铝靶温度场

    Fig.  2  Temperature field of aluminum targets coated with protective materials

    图  3  无防护材料涂覆的铝靶温度场

    Fig.  3  Temperature field of aluminum target without protective material coating

    图  4  有无防护材料涂覆的铝靶等温线分布

    Fig.  4  Isothermal distribution of aluminum target without protective material coating

    图  5  金属类高反射率防护材料涂覆的铝靶应力场

    Fig.  5  Stress field of aluminum targets coated with protective materials

    图  6  无防护材料涂覆的铝靶应力场

    Fig.  6  Stress field of aluminum target without protective material coating

    表  1  网格单元大小参数

    Table  1  Grid cell size parameter

    划分方式最大单元
    大小/μm
    最小单元
    大小/μm
    最大单元
    增长率
    曲率因子狭窄区域
    分辨率
    极细化200.241.10.21
    常规8043.601.30.31
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    表  2  Al材料参数

    Table  2  Material parameters of Al

    密度/
    (kg·m−3)
    热导率/
    (W·m−1·K−1)
    比热/
    (J·kg−1·K−1)
    熔点/K沸点/K熔化潜热/
    (kJ·kg−1)
    气化潜热/
    (kJ·kg−1)
    反射率
    (10.6 μm、Ra0.56)[17]
    反射率
    (10.6 μm、Ra9.30)[17]
    2 7102289029332 79239510 7700.9810.624
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-09-28
  • 修回日期:  2023-10-23
  • 网络出版日期:  2023-11-03

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