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申请/专利权人：大连理工大学;无锡美科微电子技术有限公司

摘要：本发明提出一种基于双温模型的INVAR合金飞秒激光加工温度场及形貌预测方法，基于COMSOL软件建立工件的二维轴对称模型，并进行网格划分；计算INVAR合金相关材料参数，建立飞秒激光体热源模型，通过COMSOL软件中的固体传热模块构建双温模型；根据INVAR合金相爆炸温度、升华潜热等参数计算仿真过程中材料的法向网格变形速度，写入到COMSOL软件中的变形几何模块中；最后在COMSOL仿真软件中进行INVAR飞秒激光加工过程仿真，实现温度场及形貌预测。本方法无需大量实验，能够适用于INVAR合金飞秒激光加工温度场以及形貌预测，具有实用价值。

主权项：1.一种基于双温模型的INVAR合金飞秒激光加工温度场及形貌预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立几何模型并划分网格；在COMSOL中建立二维轴对称工件模型，即仿真完成后二维工件模型可绕Z轴进行旋转得到对称的三维模型；采用自由三角形网格对工件模型进行网格划分，选定飞秒激光作用部位，并对飞秒激光作用部位进行网格局部加密；步骤2：计算INVAR合金相关热物理材料参数；定义INVAR合金的材料特性参数以及所使用的物理常数，包括相爆炸温度Tv、升华潜热Lv、密度ρ、玻尔兹曼常数kB、普朗克常数h以及阿伏伽德罗常数NA，根据材料特性参数及所使用的物理常数计算构建双温模型所需要的INVAR合金相关热物性参数，包括电子热容Ce、晶格热容Cl、电子-晶格耦合系数G、电子热导率ke以及晶格热导率kl，从而准确模拟飞秒激光加工过程中INVAR合金电子温度与晶格温度的变化规律；步骤3：构建飞秒激光热源模型；根据实际实验条件，定义飞秒激光工艺参数，包括脉冲能量密度F、脉冲宽度tp、光斑半径r0以及脉冲重复频率，并通过飞秒激光工艺参数构建考虑材料反射率R以及激光有效穿透深度α的飞秒激光高斯体热源分布模型；步骤4：建立双温模型；在COMSOL软件中添加固体传热模块，将计算得到的INVAR合金相关热物理参数输入到固体传热模块的固体中，将所构建的飞秒激光高斯体热源模型输入到固体传热模块的热源中，以建立双温模型，实现INVAR合金飞秒激光加工温度场预测；步骤5：计算考虑INVAR合金升华潜热的法向网格变形速度，模拟加工形貌；通过斜坡函数定义INVAR合金的有效传热系数H，根据晶格温度Tl、相爆炸温度Tv、升华潜热Lv以及密度ρ计算INVAR合金飞秒激光加工过程仿真中的法向网格变形速度vvap，并将法向网格变形速度vvap输入到COMSOL软件的变形几何模块中，以在INVAR合金飞秒激光加工过程中模拟加工形貌；步骤6：运行仿真，实现温度场及形貌预测；对工件模型的整个域添加域探针，分别测量仿真过程中电子温度与晶格温度的峰值，得到电子峰值温度与晶格峰值温度的变化曲线，以分析飞秒激光的作用过程与机理；在COMSOL软件中添加瞬态研究，对时间单位与输出时步进行设置；为保证COMSOL求解过程的收敛性，瞬态求解器中求解器采用的步长设置为精确；运行仿真，从而实现INVAR合金飞秒激光加工温度场及形貌预测。

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