基于ANSYS生死单元法的长脉冲激光金属穿孔仿真

简介：
本研究采用ANSYS软件中的生死单元技术，对长脉冲激光作用下金属材料的穿孔过程进行了数值模拟与分析。 以脉宽为毫秒量级的单脉冲激光逆重力方向对金属打孔实验作为研究对象，利用ANSYS软件并基于生死单元方法进行了数值仿真。根据靶材受热表面气化压力反作用于熔融层的力学效应，建立了喷溅模型来描述熔融液体克服表面张力运动的过程；分别采用有限元法和有限差分法对二维轴对称的热传导方程及流体的一维欧拉运动方程进行耦合求解，得到了不同时刻下的温度场与流场分布。通过应用生死单元方法使发生喷溅的熔融液体单元在计算中失效，并获得了孔洞内壁和洞口表面的具体形状，其形貌与已有的实验结果相符。数值结果显示，在打孔过程中，靠近洞底附近的孔洞内壁呈现出不规则凹凸状，而洞口则呈现喇叭状形态；这是由于熔融层较薄处流动中断以及位于洞口两侧液体间张力作用所致。