脈沖激光表面微造型的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、近年來，隨著對物體表面，特別是對重要摩擦副表面性能的要求越來越高，表面微造型技術(shù)以其優(yōu)異改善摩擦性能的特點(diǎn)得以快速發(fā)展。在表面微造型技術(shù)發(fā)展過程中，激光表面微造型技術(shù)(LST)由于其良好的操控性，被認(rèn)為是能較好的實(shí)現(xiàn)規(guī)則凹凸非光滑表面的表面微細(xì)加工技術(shù)，非常適合用于摩擦副工作表面的微觀造型。因此，根據(jù)摩擦副表面的潤滑抗磨性能要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)并加工出與之匹配的激光微細(xì)造型微觀幾何形貌的理想表面具有其非常重要的意義。 本文對微造型表面

2、形貌加工參數(shù)及加工質(zhì)量優(yōu)化進(jìn)行了深入研究，達(dá)到了根據(jù)設(shè)計(jì)要求正確加工出形貌幾何形狀的目的。首先研究了激光與材料相互作用的物理原理及建立了脈沖激光燒蝕靶材的數(shù)學(xué)模型。其次對激光微造型進(jìn)行了數(shù)值模擬與分析，采用有限元分析軟件ANSYS對激光微造型中的燒蝕溫度場和彈坑進(jìn)行數(shù)值模擬，計(jì)算模型在能量平衡方程的基礎(chǔ)上，將入射脈沖激光在空間和時間上以高斯分布考慮，模擬出激光微造型中靶材的溫度場分布，預(yù)測了激光微細(xì)造型所得表面形貌的幾何特征。詳細(xì)分析了

3、激光功率密度、脈沖個數(shù)、激光脈寬、波長、材料等對燒蝕彈坑表面形貌的影響和變化規(guī)律，得到了一定條件下材料與脈沖激光作用的最佳光強(qiáng)，納秒激光微加工最佳脈寬等結(jié)論。并且，還進(jìn)一步分析了工件的熱應(yīng)力及殘余應(yīng)力，預(yù)測了加工參數(shù)對熱應(yīng)力及殘余應(yīng)力的影響趨勢，這一研究結(jié)果可用于實(shí)際加工指導(dǎo)。最后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對比，進(jìn)行的二組實(shí)驗(yàn)分別為脈寬及脈沖個數(shù)對脈沖激光微造型三維形貌的影響。結(jié)果與數(shù)值模擬相比較，趨勢相同，結(jié)果相似，從而肯定了數(shù)值模擬這一工作的可行性