毫秒級(jí)脈沖激光輻照脆性材料的熱-力學(xué)效應(yīng).pdf

1、本文從數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)毫秒級(jí)脈沖激光靜態(tài)輻照和動(dòng)態(tài)掃描脆性材料過(guò)程中的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了分析,進(jìn)而就毫秒級(jí)脈沖激光對(duì)脆性材料的損傷機(jī)理,掃描情況下的可控?cái)嗔堰^(guò)程,高溫情況下脆性材料的塑性轉(zhuǎn)變過(guò)程等方面進(jìn)行了研究?；诠腆w熱傳導(dǎo)理論,建立了軸對(duì)稱(chēng)有限元計(jì)算模型,對(duì)毫秒級(jí)脈沖激光靜態(tài)輻照單晶硅材料過(guò)程中的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了模擬分析。熱應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律的分析結(jié)果顯示激光輻照過(guò)程中最有可能在激光輻照區(qū)域周?chē)紫瘸霈F(xiàn)沿徑向發(fā)展的裂紋。根據(jù)

2、不同能量密度的波長(zhǎng)1064nm毫秒級(jí)脈沖激光對(duì)單晶硅的損傷實(shí)驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合熱應(yīng)力的數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)損傷機(jī)理進(jìn)行了分析,可知環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力的共同作用導(dǎo)致裂紋沿徑向開(kāi)裂后再趨向環(huán)向發(fā)展。
　　 本研究建立了三維有限元熱彈計(jì)算模型,對(duì)毫秒級(jí)脈沖激光動(dòng)態(tài)掃描脆性板狀材料過(guò)程中的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了分析,并對(duì)材料邊緣含有裂紋情況下的裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子變化情況進(jìn)行了模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明,在激光加熱區(qū)域前后位置存在兩個(gè)拉應(yīng)力區(qū),裂紋尖端

3、的應(yīng)力集中現(xiàn)象誘發(fā)材料持續(xù)開(kāi)裂并引導(dǎo)裂紋沿激光掃描方向擴(kuò)展。類(lèi)比于單脈沖激光輻照過(guò)程中應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)對(duì)稱(chēng)分布的規(guī)律,對(duì)雙脈沖激光掃描含裂紋的單晶硅片過(guò)程中應(yīng)力場(chǎng)的分布變化情況進(jìn)行了模擬,并對(duì)不同激光光斑間距、不同激光功率情況下裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子變化規(guī)律進(jìn)行了分析。采用熱彈塑計(jì)算模型,對(duì)脆性材料在激光輻照下的塑性轉(zhuǎn)變過(guò)程進(jìn)行了有限元計(jì)算模擬,分析了激光輻照過(guò)程中熱膨脹和熱軟化對(duì)熱應(yīng)力的影響,并對(duì)塑性轉(zhuǎn)變過(guò)程中的應(yīng)力釋放過(guò)程、塑性區(qū)域的