激光制孔孔型的预测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及激光加工技术领域，提供一种激光制孔孔型的预测方法和装置，该方法包括：构建待仿真材料的几何模型；确定所述几何模型的边界条件，并确定所述几何模型对应的三维固体传热和两相流水平集模型；对所述几何模型进行网格划分得到多个网格区域，根据每个所述网格区域的设定参数预测激光制孔孔型。本发明专利技术实施例利用两相流

【技术实现步骤摘要】
激光制孔孔型的预测方法和装置


[0001]本专利技术涉及激光加工
，尤其涉及一种激光制孔孔型的预测方法和装置。

技术介绍

[0002]对于材料的脉冲激光加工，根据其去除过程可以分为以毫秒、微秒激光加工为代表的热加工去除过程与以飞秒、皮秒为代表的非热去除过程，前者也被成为长脉冲加工过程，后者被称为短脉冲加工过程。长脉冲加工过程是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，加工过程中激光通过聚焦获得高能量，达到使固体材料通过融化或蒸发而消除的目的。
[0003]目前，有大量与激光钻孔相关的一维模型，由于这类模型不适用于强沸腾和熔体喷射等复杂情况，无法预测熔体流动以及熔体冷凝后堆积的情况，也无法进行烧蚀表面的追踪，更无法查看在不同激光参数下小孔形成的几何形状区别，因此，现有的模型无法预测材料激光制孔孔型。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种激光制孔孔型的预测方法和装置，用以解决预测激光制孔孔型的问题，通过利用两相流
‑
水平集的方法耦合流体传热进行流体动力学仿真对激光选区融化过程进行了复现，能够预测不同材料在激光辐照下小孔的形状生成过程、熔体流动以及熔体冷凝后堆积的情况，从而提高激光制孔的效率。
[0005]本专利技术提供一种激光制孔孔型的预测方法，包括：
[0006]构建待仿真材料的几何模型；
[0007]确定所述几何模型的边界条件，并确定所述几何模型对应的三维固体传热和两相流水平集模型；
[0008]对所述几何模型进行网格划分得到多个网格区域，根据每个所述网格区域的设定参数预测激光制孔孔型。
[0009]在一个实施例中，所述对所述几何模型进行网格划分得到多个网格区域，根据每个所述网格区域的设定参数预测激光制孔孔型，包括：
[0010]确定所述几何模型的网格划分参数；
[0011]根据所述网格划分参数对所述几何模型进行网格划分得到多个所述网格区域；
[0012]根据每个所述网格区域的温度、速度、压力和相成分预测激光制孔孔型。
[0013]在一个实施例中，所述确定所述几何模型的边界条件，包括：
[0014]确定所述几何模型的初始条件、边界热源条件和两相流水平集边界条件。
[0015]在一个实施例中，所述确定所述几何模型对应的三维固体传热和两相流水平集模型，包括：
[0016]确定流体的质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程以及水平集方程；
[0017]根据所述质量守恒方程、所述动量守恒方程、所述能量守恒方程以及所述水平集
方程，确定所述三维固体传热和两相流水平集模型。
[0018]在一个实施例中，确定所述质量守恒方程，包括：
[0019]根据流体速度、第一设定函数、待仿真材料气化的质量损失量、金属蒸气的密度以及液态金属的密度，确定所述质量守恒方程。
[0020]在一个实施例中，确定动量守恒方程，包括：
[0021]根据流体速度、体积力、单位阵、地球的重力加速度、表面张力、反冲力、马兰戈尼力、第一设定函数、第二设定函数以及有限元区域中的动态粘度，密度，温度和液体压力，确定所述动量守恒方程。
[0022]在一个实施例中，确定能量守恒方程，包括：
[0023]根据流体速度、有限元区域中的密度，比热容，温度和导热系数、液体密度、待仿真材料对激光的吸收率、蒸发潜热、蒸发前沿的后退速度、传热系数、表面辐射率、玻耳兹曼常数、第一设定函数、面热源以及激光脉冲的作用时间分布，确定所述能量守恒方程。
[0024]在一个实施例中，确定水平集方程，包括：
[0025]根据水平集参数、流体速度、待仿真材料气化的质量损失量、金属蒸气的密度、液态金属的密度、蒸汽的体积分数、液体的体积分数、第一设定函数以及第二设定函数，确定所述水平集方程。
[0026]在一个实施例中，所述三维固体传热和两相流水平集模型，包括：
[0027]质量守恒方程：
[0028][0029]其中，表示梯度算子，表示流体速度，δ表示第一设定函数，表示待仿真材料气化的质量损失量，ρ
v
表示金属蒸气的密度，ρ
L
表示液态金属的密度，表示法向向量；
[0030]动量守恒方程：
[0031][0032]其中，表示梯度算子，表示流体速度，ρ表示有限元区域中的密度，p表示有限元区域中的液体压力，T表示有限元区域中的当前温度，μ表示有限元区域中的动态粘度，I表示单位阵，表示体积力，δ表示第一设定函数，φ表示第二设定函数，表示地球的重力加速度，表示表面张力，表示反冲力，表示马兰戈尼力，和表示法向向量；
[0033]能量守恒方程：
[0034][0035]其中，表示梯度算子，表示流体速度，ρ表示有限元区域中的密度，C
p
表示有限
元区域中的比热容，k表示有限元区域中的导热系数，T0表示有限元区域中的初始温度，T表示有限元区域中的当前温度，α表示待仿真材料对激光的吸收率，L
v
表示蒸发潜热，v
e
表示蒸发前沿的后退速度，ρ
l
表示液体密度，h表示传热系数，ξ表示表面辐射率，k
b
表示玻耳兹曼常数，S表示面热源，g(t)表示激光脉冲的作用时间分布，δ表示第一设定函数；
[0036]水平集方程：
[0037][0038][0039]其中，表示梯度算子，表示流体速度，δ表示第一设定函数，φ表示第二设定函数，表示待仿真材料气化的质量损失量，ε和γ表示水平集参数，ρ
v
表示金属蒸气的密度，ρ
L
表示液态金属的密度，V
f,v
表示蒸汽的体积分数，V
f,L
表示液体的体积分数。
[0040]本专利技术还提供一种激光制孔方法，包括：
[0041]确定预测的激光制孔孔型的第一制孔参数；
[0042]根据所述第一制孔参数调整第二制孔参数，并根据调整后的第二制孔参数进行激光制孔。
[0043]本专利技术还提供一种激光制孔孔型的预测装置，包括：
[0044]构建模块，用于构建待仿真材料的几何模型；
[0045]确定模块，用于确定所述几何模型的边界条件，并确定所述几何模型对应的三维固体传热和两相流水平集模型；
[0046]预测模块，用于对所述几何模型进行网格划分得到多个网格区域，根据每个所述网格区域的设定参数预测激光制孔孔型。
[0047]本专利技术还提供一种激光制孔设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述激光制孔孔型的预测方法，或者实现如上述所述激光制孔方法。
[0048]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述激光制孔孔型的预测方法，或者实现如上述所述激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光制孔孔型的预测方法，其特征在于，包括：构建待仿真材料的几何模型；确定所述几何模型的边界条件，并确定所述几何模型对应的三维固体传热和两相流水平集模型；对所述几何模型进行网格划分得到多个网格区域，根据每个所述网格区域的设定参数预测激光制孔孔型。2.根据权利要求1所述的激光制孔孔型的预测方法，其特征在于，所述对所述几何模型进行网格划分得到多个网格区域，根据每个所述网格区域的设定参数预测激光制孔孔型，包括：确定所述几何模型的网格划分参数；根据所述网格划分参数对所述几何模型进行网格划分得到多个所述网格区域；根据每个所述网格区域的温度、速度、压力和相成分预测激光制孔孔型。3.根据权利要求1所述的激光制孔孔型的预测方法，其特征在于，所述确定所述几何模型的边界条件，包括：确定所述几何模型的初始条件、边界热源条件和两相流水平集边界条件。4.根据权利要求1所述的激光制孔孔型的预测方法，其特征在于，所述确定所述几何模型对应的三维固体传热和两相流水平集模型，包括：确定流体的质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程以及水平集方程；根据所述质量守恒方程、所述动量守恒方程、所述能量守恒方程以及所述水平集方程，确定所述三维固体传热和两相流水平集模型。5.根据权利要求4所述的激光制孔孔型的预测方法，其特征在于，确定所述质量守恒方程，包括：根据流体速度、第一设定函数、待仿真材料气化的质量损失量、金属蒸气的密度以及液态金属的密度，确定所述质量守恒方程。6.根据权利要求4所述的激光制孔孔型的预测方法，其特征在于，确定动量守恒方程，包括：根据流体速度、体积力、单位阵、地球的重力加速度、表面张力、反冲力、马兰戈尼力、第一设定函数、第二设定函数以及有限元区域中的动态粘度，密度，温度和液体压力，确定所述动量守恒方程。7.根据权利要求4所述的激光制孔孔型的预测方法，其特征在于，确定能量守恒方程，包括：根据流体速度、有限元区域中的密度，比热容，温度和导热系数、液体密度、待仿真材料对激光的吸收率、蒸发潜热、蒸发前沿的后退速度、传热系数、表面辐射率、玻耳兹曼常数、第一设定函数、面热源以及激光脉冲的作用时间分布，确定所述能量守恒方程。8.根据权利要求4所述的激光制孔孔型的预测方法，其特征在于，确定水平集方程，包括：根据水平集参数、流体速度、待仿真材料气化的质量损失量、金属蒸气的密度、液态金属的密度、蒸汽的体积分数、液体的体积分数、第一设定函数以及第二设定函数，确定所述水平集方程。
9.根据权利要求4所述的激光制孔孔型的预测方法，其特征在于，所述三维固体传热和两相流水平集模型，包括：质量守恒方程：其中，表示梯度算子，表示流体速度，δ表示第一设定函数，表示待仿真材料气化的质量损失量，ρ

【专利技术属性】
技术研发人员：袁松梅，高孟玄，周宁，张家齐，危家勇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：