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摘要激光打孔是现今生产领域应用广泛的一门技术。该技术打孔速度快、效率高、操作简单。本文研究的激光打孔主要应用于航天领域飞机涡轮叶片上，以金属铝为研究对象，依据热传导和流体力学理论，建立毫秒激光打孔的物理模型。采用有限元数值方法模拟毫秒激光打孔中金属铝的温度和流场，用热空隙焓法模拟铝的固液相变过程，得出不同能量辐照和光斑半径下瞬态温度场分布，以及流体流动速度随时间变化的关系图。改变激光能量进行计算，研究激光作用参数对小孔形貌的影响，总结最佳激光打孔参数，为实际打孔的优化提供参考。33535
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关键词 激光打孔 有限元法 激光能量
毕业论文设计说明书外文摘要
Title The numerical simulation of millisecond laser drilling process
Abstract
Production field of laser drilling is now widely used technology.The punch speed, high efficiency,simple operation.Laser drilling in this paper is mainly used in aerospace plane on the turbine blades,metal aluminum as the research object,based on the theory of heat transfer and fluid mechanics,millisecond laser perforation physical model is established.Finite element numerical method to simulate millisecond laser drilling of aluminum metal temperature and flow field,thermal gap enthalpy method was used to simulate the aluminum solid liquid phase change process,it is concluded that different energy irradiation and light spot radius, the distribution of transient temperature field and the figure and the relationship between the flow velocity changes over time.Change the laser energy is calculated, the laser parameters on the influence of pore morphology,summed up the optimum parameters of the laser drilling,provide a reference for the optimization of actual drilling.
Keywords Laser drilling The finite element method Laser power
目 次
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究目的及意义 1
1.3 激光打孔 2
1.3.1 激光 2
1.3.2 激光打孔原理 2
1.3.3 激光打孔特点 3
1.4 激光打孔技术发展状况 4
1.4.1 激光打孔技术发展现状 4
1.4.2 激光打孔技术发展趋势 4
1.5 本论文研究的主要内容 5
2 模拟方法 6
2.1 有限元法介绍 6
2.2 COMSOL软件介绍 6
2.3 COMSOL建模过程 7
3 数值模拟结果及分析 9
3.1 温度场模拟结果 9
3.2 速度场模拟结果 15
3.3 熔融物迁移 17
3.4 数值模拟与实验对比 18
结 论 20
致 谢 21
参考文献22
1 绪论
激光加工技术是现如今一项应用普遍、发展迅速的科学技术，对社会生产生活的进步起着非常重要的作用。利用激光加工技术，可以提高生产效率和产品质量，以及在产业自动化、减少材料的浪费等方面起着重要作用，将成为全球工业中重中之重的产业[1]。激光打孔技术是本课题研究的核心，在航天领域飞机涡轮叶片上有重要应用[2]。
激光束之所以能够在材料表面打孔是因为激光带有能量,当照射在材料表面时激光与材料内的物质发生相互作用从而产生小孔。随着科技发展，对打孔的性能要求越来越高，发展也会更加多样化。激光打孔加工技术广泛用于众多工业加工工艺中，很容易加工各类形状复杂、硬度大的材料[3]。目前国内激光打孔参数主要是实验所得,而建立激光打孔数学模型能对优化参数和提高效率提供重要贡献。