移动激光下熔池非定常模拟：温度演变与流动效应

本文主要探讨了"熔池传热与流动的非定常数值模拟"这一主题，针对的是受移动激光速间隙加热的工件中的热传输过程。研究者通过对不同激光束移动速度下的熔池行为进行了数值模拟，发现当激光束移动速度较高时，形成的熔池相对较浅且长度较短；反之，移动速度较低时，熔池会更深且更长。这种模拟结果对于理解激光加热工件中温度随时间的变化以及加热或冷却速率具有重要意义，进而有助于分析焊接过程中可能出现的热应力和材料组织结构的变化。 研究者王海兴博士，作为清华大学工程力学系的研究人员，专注于高能束流材料加工中的热物理问题，他与陈熙合作，利用数值模拟技术来解决这一工程实际问题。他们选择了一个典型的计算模型，即激光束以恒定速度U沿着负x方向相对于工件运动，激光束功率密度保持不变，其x向宽度为0.6mm，而z向宽度远大于此值，且光束从上方照射工件表面。研究区域设定为工件的x向20mm和y向10mm的区域。 在数值模拟中，研究者假设了几种简化条件，如忽略z向的变化，以便更好地集中于x-y平面上的传热和流动特性。这种方法对于理解非稳态条件下，如激光间隙加热时的熔池动态行为非常关键，因为它能够提供精确的温度分布和流动模式，从而为优化焊接工艺参数、减少热应力和控制组织结构变化提供科学依据。 这项研究对于激光熔化焊和材料表面处理等领域具有理论和实践价值，它通过数值模拟技术揭示了激光加热工件内部的复杂热传输和流动过程，为工程师们提供了深入理解和控制这类工艺过程的重要工具。