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herozhu

木虫 (正式写手)

[求助] 关于MATLAB有限差分模拟激光加工过程的边界条件

在用matlab编写程序模拟激光加工过程,由于涉及相变,故选用了热焓法(enthalpy method),即某一方格(element)的能量达到某一值,该单元格发生相应变化。例如图中所示,用方格中心点的温度来代表整个单元格,如单元格(1,n)的能量超过了汽化对应能量,则认为该单元被去除掉。暂未考虑液态飞溅、等离子体等等因素。

关于控制方程,是从单元格能量守恒推导而得,分别代表单元格能量变化、沿x及z方向的热通量(heat flux)变化、热源,将该式在空间及时间内积分,从而得到最基础的有热源情况下的二维导热方程,,F代表热源

关于边界条件,简单起见,左右下三边都设为绝缘,上表面考虑对流与辐射。激光为纳秒脉冲,高斯分布,从上表面入射。

一直没有考虑明白的是上表面上的边界条件问题。我一直将激光光源作为“体热源”处理,即在每一个单元格内,根据激光能量密度,在x,z两方向及时间t上做积分,带入单元格能量守恒公式中,从而推导下一时刻单元格的enthalpy,并得到相应温度T。但对于辐射及对流计算,必须使用材料表层的温度进行计算。则具体到这一层上,边界条件应为,其中q_laser为激光流过表层的热通量,此边界条件是否正确?是否应该有最后一项?对此边界条件进行离散,可以引入Ttop代表表层温度,并得到Ttop与T1的关系方程,从而与其余的方程组合进行求解,这样是否正确?

之前的做法是暂不考虑表层,对所有单元格进行求解,得到下一时刻的单元格温度,再由第一层单元格温度按照对流及辐射(不考虑激光)写出方程fsolve解出该时刻的表层温度(相当费时),但观察结果有问题,会出现单元格能量条跳跃或是温度低于初始值,考虑是边界条件的问题。希望能得到大家的意见及建议,此过程的任意方面都欢迎讨论。
关于MATLAB有限差分模拟激光加工过程的边界条件
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chengjunlala

新虫 (初入文坛)

您好,能否把您的程序给我参考下,我毕设也需建立激光模型,很苦恼,望高手指点
3楼2015-03-15 20:41:33
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