脉冲激光烧蚀氩晶体颗粒的分子动力学模拟.pdf

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1、上海理工大学学报第37卷第3期J．UniversityofShanghaiforScienceandTechnologyVo1．37No．32015文章编号：1007—6735(2015)03—0245—06DOI：10．13255／j．enki．jusst．2015．O3．008脉冲激光烧蚀氩晶体颗粒的分子动力学模拟梁小龙，李凌(上海理工大学能源与动力工程学院，上海200093)摘要：采用分子动力学方法对氩晶体颗粒在皮秒脉冲激光照射下内部发生的传热过程以及相变现象进行模拟研究．通过记录氩原子速度和原子位置随时间的变化情况分析了颗粒内热量的传递过程，并计算了单位体积内氩原子数目的空间分布情

2、况以及随时问的变化规律，从而分析了颗粒内部的相变过程．研究结果表明：当激光强度较低时，晶体内部仅仅发生传热过程而没有熔化发生，加入的激光能量随时间由外向内传递；当激光强度增加到足够晶体熔化的时候会发生相变，此时固液相态之间并没有明显的界面，而是存在一个纳米级别的过渡区域；当照射的激光强度增加时，过渡区域的移动速度和移动深度都将增加．关键词：分子动力学；脉冲激光；相变；温度分布中图分类号：0532．25文献标志码：AMolecularDynamicsSimulationofArgonCrystalParticleIrradiatedbyPulsedLaserLIANGXiaolong，LIL

3、ing(SchoolofEnergyandPowerEngineering，UniversityofShanghaifoScienceandTechnology，Shanghai200093，China)Abstract．Thephenomenaofheattransferandphasechangeofsolidargoncrystalirradiatedbypulsedlaserwasstudiedthroughthemoleculardynamicssimulation．Inordertoanalyzetheprocessofheattransferinsidetheparticle

4、，thechangesofvelocitiesandlocationsofatomswererecordedatdifferenttime．Thentheprocessofphaseschangewasdiscussedthroughanalyzingthevariationofthenumberofargonmoleculesperunitvolume．Thecalculationresultsshowthatwhenthelaserintensityislow，nomeltingwillhappen．Whenthelaserenergyisincreasedenough，thephas

5、echangeoccursandatransitiona1areaofnanometerlevelinsteadofaclearinterfaceisrevealedbetweensolidandliquidphase．Themovingspeedandmoveddepthofthetransitionzoneincreasewiththeincreasingoflaserintensity．Keywords：moleculardynamics；pulsedlaser；phasechange；temperaturedistribution收稿日期：2014-05—03基金项目：国家自然科学

6、基金资助项目(51476102)第一作者：梁小龙(1989一)，男，硕士研究生．研究方向：微尺度传热．E—mail：liangxiaolongeu@163．corn通信作者：李凌(1976一)，女，副教授．研究方向：微尺度传热．E-mail：liling@usst．edu．cn上海理工大学学报2015年第37卷近年来由于激光技术的飞速发展，激光烧结技动力学方法研究其在皮秒脉冲激光照射下的传热过术在产品加工制造业内的应用日益广泛．激光烧结程．考虑实际中激光照射到粉末床时，每一个颗粒表中多以粉末作为成型材料，激光束按照计算好的扫面都会发生反射现象，因而假设颗粒表面的热流密描路径对粉末床进行层层

7、烧结成型，每层成型后的度均匀_9]，如图1所示．颗粒的初始温度设为70K，粉末层层叠加最终形成所要设计的三维产品．激光计算的氩原子个数为16754．以球心为坐标原点建与材料相互作用的过程是一个十分复杂的物理过立坐标系，原子的初始位置由面心立方晶格结构确程，涉及很多学科领域，虽然已有大量文献对此领域定．原子的初始速度根据初始温度在麦克斯韦玻尔进行研究，但是激光与物质相互作用的机制还依然兹曼速度分布中随机选取[1．不是十分清