激光與水下物質(zhì)作用的基礎(chǔ)研究.pdf

1、激光加工是利用高能量光束轟擊工件表面，迅速將材料氣化去除的一種加工方式，具有穩(wěn)定性好，加工速度快，精度高，熱影響區(qū)小的特點(diǎn)，特別適用于微細(xì)加工領(lǐng)域。而在水下進(jìn)行激光加工具有復(fù)雜的物理現(xiàn)象，要將激光水下加工得到進(jìn)一步的應(yīng)用，必須充分研究其特有的物理現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理及其對加工過程中產(chǎn)生的影響。同時(shí)也很有必要研究激光的性能參數(shù)以及液體環(huán)境對加工效果的影響，以提高加工精度，實(shí)現(xiàn)精密加工。
　　 本文采用Boltzmann格子算法對激光水下

2、加工中最顯著的物理現(xiàn)象-空化泡進(jìn)行了仿真建模。在建模過程中，先求解出氣泡壁的運(yùn)動規(guī)律，并將其引入到氣體模型中作為邊界條件，同時(shí)將其引入到液體模型中作為初始條件，實(shí)現(xiàn)氣，液兩相的分離與耦合。在仿真過程中，通過對速度和壓強(qiáng)分析，發(fā)現(xiàn)對稱氣泡在生長過程出現(xiàn)了脈動現(xiàn)象和沖擊波現(xiàn)象，但是一般作用范圍小，只有在距離氣泡中心0.7mm范圍內(nèi)。對稱氣泡在潰滅過程中各點(diǎn)收縮速度一致，形成了圓形塌縮。
　　 在對稱氣泡中引入工件表面這一固定邊界條件

3、形成非對稱氣泡模型。仿真發(fā)現(xiàn)，在生長過程中，氣泡四周附近的壓強(qiáng)不再呈現(xiàn)為均勻分布。壓強(qiáng)在靠近工件表面一端略微偏高。其附近流線在靠近工件表面速度梯度較大，同時(shí)兩端處發(fā)生畸變。在潰滅過程中，氣泡收縮不規(guī)整，導(dǎo)致微射流的形成。伴隨著氣泡上壁與下壁的碰撞，動量劇減，壓強(qiáng)急劇上升。射流半徑為10μm，但其對工件沖擊時(shí)可以造成一個(gè)峰值為1.6GPa的高壓脈沖。
　　 通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)激光功率越高和水越深，激光焦點(diǎn)的能量密度越低。另外，激光功率低