[发明专利]激光通孔的有限元模拟方法、设备及存储介质

权利要求书

1.一种激光通孔的有限元模拟方法，其特征在于，包括：

构建激光热源模型；

构建待加工材料的有限元网格模型；

基于所述激光热源模型、所述有限元网格模型及其边界热源条件、以及模拟过程中的仿真参数，对所述待加工材料的激光通孔过程进行模拟变形分析，直至变形至预设材料变形高度时，加载预先设置的强冷对流条件以停止变形，得到通孔模拟结果。

2.根据权利要求1所述的激光通孔的有限元模拟方法，其特征在于，所述仿真参数包括激光参数、环境参数和待加工材料的材料参数，其中：

所述激光参数包括激光功率、激光焦点半径、激光作用时间和激光作用频率中的至少一种；

所述材料参数包括材料固定密度、导热系数、比热容、激光吸收系数、升华热、液态密度、对流换热系数和材料表面辐射率中的至少一种；

所述环境参数包括环境初始温度。

3.根据权利要求2所述的激光通孔的有限元模拟方法，其特征在于，所述构建激光热源模型，包括：

基于所述激光功率和所述激光焦点半径，建立激光能量方程；

基于所述激光焦点半径与预设聚焦常量，在预先设置的二维轴对称平面内对高斯函数方程进行二维轴对称变形处理，得到目标高斯函数方程；

基于所述目标高斯函数方程，对所述激光能量方程进行更新，得到目标激光能量方程；

基于所述目标激光能量方程、所述激光作用时间和所述激光作用频率，构建得到所述激光热源模型。

4.根据权利要求3所述的激光通孔的有限元模拟方法，其特征在于，所述基于所述激光焦点半径与预设聚焦常量，在二维轴对称平面内对高斯函数方程进行二维轴对称变形处理，得到目标高斯函数方程，包括：

对所述高斯函数方程进行积分以及归一化处理，并结合所述激光焦点半径和所述预设聚焦常量，计算得到所述高斯函数方程中实数常数的关系结果；

将所述实数常数的关系结果代入至所述高斯函数方程中，计算得到所述目标高斯函数方程。

5.根据权利要求3所述的激光通孔的有限元模拟方法，其特征在于，所述激光热源模型的表达式为：

其中，S表示激光的输入能量密度，Q表示激光功率，f为能量集中程度系数，gp(r)表示目标高斯函数方程，r₀表示激光焦点半径，r表示所述二维轴对称平面的坐标，t_p表示激光作用时间。

6.根据权利要求1所述的激光通孔的有限元模拟方法，其特征在于，所述构建待加工材料的有限元网格模型，包括：

获取所述待加工材料的材料尺寸；

根据所述材料尺寸，利用有限元仿真软件构建所述待加工材料的材料几何模型，并将所述材料几何模型进行网格划分，得到所述有限元网格模型。

7.根据权利要求2所述的激光通孔的有限元模拟方法，其特征在于，所述基于所述激光热源模型、所述有限元网格模型及其边界热源条件、以及模拟过程中的仿真参数，对所述待加工材料的激光通孔过程进行模拟变形分析，直至变形至预设材料变形高度时，加载预先设置的强冷对流条件以停止变形，得到通孔模拟结果，包括：

构建二维固体导热微分方程以及物理传热方程；

在有限元仿真软件中，将所述激光热源模型、所述边界热源条件、所述二维固体导热微分方程以及所述物理传热方程加载至所述有限元网格模型中，计算得到变形速度，以控制所述有限元网格模型中的有限元域以所述变形速度发生变形；

当所述有限元域变形至预设材料变形高度时，加载所述强冷对流条件以停止变形，得到所述材料通孔结果。