化学激光辐照纯铝铜锌合金的温度场数值模拟的中期报告.docx

化学激光辐照纯铝铜锌合金的温度场数值模拟的中期报告
本文基于有限元方法，运用ANSYS软件对化学激光辐照纯铝铜锌合金的温度场进行数值模拟，旨在研究材料在激光辐照下的温度变化情况。目前已完成模型的建立及初始热源参数的设定，初步进行了仿真，取得了初步结果。
一、建模
1.建立三维模型
本文采用SolidWorks软件建立了一种纯铝铜锌合金的三维模型，包括杆状样本和四面体的支架组成，如图1所示。
图1三维模型示意图
2.网格划分
采用ANSYS软件对建立的三维模型进行网格划分，生成了六万余个四面体网格。
二、物理模型
通过研究材料在激光辐照下的物理过程，建立起了材料的温度场计算模型，该模型由以下几个主要方程组成。
1.能量守恒方程
考虑激光辐照能量、辐射能量、传导热量、对流和表面辐射的损失，可将能量守恒方程写作式(1)。
(1)
其中，Q表示单位泵浦功率（W）,ρ表示铝铜锌合金的密度（kg/m3），Cp表示比热容（J/kgK），T表示温度（K），K表示导热系数（W/mK），ε表示表面辐射率，α表示吸收系数（m-1)，Qr表示辐射热流量（W/m2)，Qc表示对流热流量（W/m2）。
2.热传导方程
考虑传热介质在L-G波长下平均吸收能力，热传导方程为:
(2)
其中，ρ、cp、K、Qr和Qc同式(1)。
3.光吸收方程
光吸收方程为:
(3)
其中，μ表示吸收系数（m-1)。
三、模拟结果
通过对热源参数及物理模型方程的设定，运用ANSYS软件进行仿真模拟，模拟结果如图2所示，其中各处温度随时间的变化情况被分别标注在曲线上。
图2温度场仿真结果
从温度场仿真结果可以看出，随着时间的增长，材料的温度在短时间内迅速上升，之后逐渐趋于稳定，在温度分布上达到了稳定状态，铝铜锌合金不会熔化。
四、总结
本研究利用ANSYS软件对化学激光辐照纯铝铜锌合金的温度场进行了数值模拟，得到了较为准确的仿真结果。该结果对于加工激光切割等相关领域具有一定的实际应用价值。