Математическое моделирование импульсного лазерного воздействия на металлы

• Автор: Лобок, Максим Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 113 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Режимы лазерного воздействия

2. Проблема Стефана. Основные математические модели

3. Динамическая адаптация

4. Лазерное воздействие

Глава 1. Влияние временной формы лазерного импульса больших длительностей и теплофизических характеристик среды на динамику фазовых переходов

1.1. Введение

1.2. Постановка задачи

1.3. Теплофизические и оптические характеристики и параметры

1.4. Метод и алгоритм численного решения
1.5. Анализ результатов моделирования
1.6. Выводы
ГЛАВА 2. Вычислительный алгоритм для задач лазерной абляции в режимах с возникновением плазмы
2.1. Введение
2.2. Постановка задачи
2.3. Произвольная нестационарная система координат
2.4. Выбор функции адаптации
2.5. Разностная аппроксимация
2.6. Выводы

Глава 3. Математическое моделирование динамики фазовых переходов при нано-фемтосекундном лазерном воздействии на металлические мишени
3.1. Введение
3.2. Постановка задачи
3.3. Вычислительный алгоритм
3.4. Входные данные
3.5. Результаты моделирования
3.6.Вывод ы
Выводы

Введение
Данная работа посвящена различным аспектам решения задач математической физики, от разработки математических моделей и методов построения расчётных сеток и вычислительных алгоритмов, до проведения вычислительных экспериментов. Основной акцент сделан на применение разрабатываемых моделей и методов к задачам импульсного лазерного воздействия на металлические мишени.
С одной стороны, данный класс задач широко исследуется с помощью теоретических и экспериментальных подходов. С другой стороны, по мере развития лазерной техники появляется большое количество интересных проблем, для которых всё ещё остается не объясненным ряд процессов и явлений.
1. Режимы лазерного воздействия
Большинство технологических приложений импульсной лазерной обработки материалов связано с началом фазовых превращений 1-го рода: плавления-затвердевания и испарения-конденсации. Соотношение глубин расплава и испарённого слоя играет важную роль, определяя качество таких технологических операций как лазерное сверление, резка и сварка. В этих операциях размеры расплавленной зоны и качество отверстия зависят, как от режима воздействия, определяемого длиной волны, длительностью импульса и пространственно-временным распределением интенсивности в импульсе, так и от теплофизических и оптических свойств обрабатываемого материала [1]. При разработке конкретного технологического приложения влияние каждого из факторов должно быть исследовано и охарактеризовано. Определение их роли связанно с моделированием пространственно-временных распределений температурных полей и динамики фазовых переходов. Для этих целей использовался ряд математических моделей [2] - [4], часть которых

г, кг4 с
Прямоугольная Г ауссовская
Г, 104с
Треугольная ниспадающая,
Треугольная возрастающая
Рис. 1.1 а, б. Временные формы импульса
Особенностью воздействия прямоугольных импульсов является наличие двух
участков нестационарное, связанных с мгновенным изменением интенсивности -передний и задний фронты, соответствующие моментам включения и выключения импульса. Скачкообразное изменение интенсивности при включении приводит к формированию вблизи поверхности области с максимальными градиентами температуры, определяющими процесс плавления с максимальной скоростью на перед-