本例使用二维模型，将来自激光的入射热通量模拟为金属表面上空间分布的热源，从而得到金属的烧蚀过程和瞬态温度分布。
仿真思路
方案设计思路
建模过程思路
激光烧蚀.pdf
建模说明
新建
在新建界面里点击模型向导。
在选择物理场树中选择 传热>固体传热 以及 数学>变形网格>旧的变形网格>变形几何。
单击添加。
单击研究。
在选择研究树中选择 一般研究>瞬态。
单击完成。
全局定义
定义在几何、函数及物理场设置中使用的参数。
参数1
在模型开发器窗口的全局定义节点下，单击参数 1。
在参数的设置窗口中， 定位到参数栏。
在表中输入以下设置：
名称 | 表达式 | 值 | 描述 |
H_s | 560[kJ/kg] | 5.6E5 J/kg | 升华热 |
T_a | 657[degC] | 930.15K | 烧蚀温度 |
md | 2800[kg/m^3] | 2800 KG/M2 | 密度 |
Cp | 900[J/kg/K] | 900[J/kg/K] | 比热 |
k | 231[W/m/K] | 231[W/m/K] | 导热系数 |
r_spot | 100[um] | 1E-4 m | 光斑半径 |
x0 | 5800[um] | 0.0058m | 左光斑位置 |
x1 | 6200[um] | 0.0062m | 右光斑位置 |
P_total | 6[W] | 6W | 激光总功率 |
H | 20000 | 20000 | 激光频率 |
P_density_avg | P_total/(pi*r_spot^2*H) | 9549.3W/m2 | 能量密度 |
几何
由于烧蚀只发生在金属的表层，故将二维矩形分割成上下两层，加快计算速度。
在几何工具栏单击矩形。
在矩形的设置窗口中， 定位到大小和形状栏。
宽度设置"12000μm"，长度设置10000"μm"。
定位到层设置，设置层1的厚度为9000μm。
在矩形的设置栏中点击构建选定对象。
定义
在设置物理场前定义要使用的函数。
斜坡函数
斜坡函数定义的是烧蚀热通量中的传热系数，斜率本身可以是任意值，但值过小会超过烧蚀温度，过大会造成数值收敛过慢。
在主屏幕工具栏中单击函数，然后选择局部>斜坡。
函数名称设置为h_a。
在斜坡设置中定位到参数栏。
在斜率文本框中键入"1e6"。
点击绘制。
高斯脉冲
激光的能量密度分布近似于高斯分布，在高斯分布中，标准差为σ时，3σ内的分布可以占到99.7%，随意设置标准差为激光光斑半径的三分之一。
在主屏幕工具栏中单击函数，然后选择局部>高斯脉冲。
函数名称设置为gp1。
在高斯脉冲设置中定位到参数栏。
在标准差文本框中键入"r_spot/3"。
点击绘制。
分段函数
本例采用激光脉冲，用分段函数定义脉冲的时间和间隔。
在主屏幕工具栏中单击函数，然后选择局部>分段。
函数名称设置为pw1。
在分段设置中定位到定义栏。
在变元文本框中键入"t"，外推>常数，平滑处理>无平滑。
在区间中定义自己需要的函数，注意要连续，如图
定位到单位栏，变元文本框键入"s"，函数文本框键入"1"。
点击绘制。
解析函数
本例是将来自激光的入射热通量模拟为金属表面上空间分布的热源，所以使用解析函数定义空间上热源的分布情况。
在主屏幕工具栏中单击函数，然后选择局部>解析。
函数名称设置为laser。
在斜坡设置中定位到定义栏、单位栏和绘图参数栏。
定义栏中，在表达式文本框中键入"gp1(x-x0)*P_density_avg*pw1(t)"，变元文本中键入"x,t"。
单位栏中，在函数文本框中键入"kW/m^2"，变元x的单位为"m"，变元t的单位为"s"。
绘图参数栏中，绘图参数栏中，变元x的下限为"0"，上限为"12000[μm]"，变元t的下限为0，上限为"10[μs]"。
点击绘制。
变形几何
在激光烧蚀的过程中，金属表面会发生变形和升华，故设置变形网格，模拟烧蚀过程。
在模型开发器中定位到"变形几何(dg)"，在变性几何的设置栏中定位到域选择和自由变形设置，域选择中选择所有域，在自由变形设置中，网格平滑类型选择超弹性。
在模型开发器中定位到"变形几何(dg)"，右键单击，分别添加"自由变形"、"指定法向网格速度"、"指定网格速度"。
点击自由变形，用于定义烧蚀过程中可以发生变形的区域，域选择>所有域，初始变形栏中，dX0设置为"0"，dY0设置为"0"。
点击指定法向网格速度，用于定义烧蚀表面发生热升华的形变，边界选择金属表面(边界5)，法向网格速度设置为"ht.hf1.q0/(md*H_s)"。ps：ht.hf1.q0这个参数可以在模型开发器>固体传热>热通量1>方程视图中找到，定义的是从烧蚀表面向金属内部传递的热通量。
单击指定网格速度，保证烧蚀过程中，边界不会随表 面发生变形。边界选择左右两边(边界1、边界3、边界6、边界7)。在指定网格速度中，勾选"指定X速度"，参数设置为"0"。
固体传热
用于设置金属参数和烧蚀表面的热通量参数。
在模型开发器中定位到"变形几何(dg)"，在变性几何的设置栏中定位到域选择和自由变形设置，域选择中选择所有域，在自由变形设置中，网格平滑类型选择超弹性。
在模型开发器中定位到"变形几何(dg)"，右键单击，分别添加"自由变形"、"指定法向网格速度"、"指定网格速度"。
点击自由变形，用于定义烧蚀过程中可以发生变形的区域，域选择>所有域，初始变形栏中，dX0设置为"0"，dY0设置为"0"。
点击指定法向网格速度，用于定义烧蚀表面发生热升华的形变，边界选择金属表面(边界5)，法向网格速度设置为"ht.hf1.q0/(md*H_s)"。ps：ht.hf1.q0这个参数可以在模型开发器>固体传热>热通量1>方程视图中找到，定义的是从烧蚀表面向金属内部传递的热通量。
单击指定网格速度，保证烧蚀过程中，边界不会随表 面发生变形。边界选择左右两边(边界1、边界3、边界6、边界7)。在指定网格速度中，勾选"指定X速度"，参数设置为"0"。
固体传热
用于设置金属参数和烧蚀表面的热通量参数。
定位到模型开发器的固体传热，右键添加两个"热通量"。
定位到固体1，在固体设置栏中定位到"热传导，固体"和"热力学固体"。"导热系数"、"密度"、"恒压比热容"均选择"用户定义"，并将其分别设置为K、md、Cp。
定位到初始值1，在初始值设置中，温度选择"用户定义"，可以设置为室温，本例设置为"300[K]"。
定位到热通量1，定义金属边界和空气之间的对流换热，边界选择设置中，选择金属表面（边界5），在热通量设置栏中，通量类型选择"对流热通量"，传热系数选择"用户定义"，并将其设置为"h_a((T-T_a)[1/K])"，外部温度选择"用户定义"，并将其设置为"T_a"。
定位到热通量2，用于定义激光焦点附近的热通量，边界选择中选择金属表面(边界5)，在热通量设置栏中，通量类型选择"广义向内热通量"，q0设置为"laser(x,t)"。
网格划分
合理的网格划分可以加快计算速度，网格划分中比较重要的参数是网格大小，需要根据具体的模型，分成不同部分进行大小不同的网格划分，可以避免报错，减少运算量。
在网格工具栏中点击自由三角形网格，创建"自由三角形网格1"和"自由三角形网格2"。
定位到模型开发器中 网格1>自由网格1，对烧蚀部分进行网格划分，在域选择栏，几何实体层>域，选择上半部分(域2)。
定位到模型开发器中 网格1>大小，因为上半部分为烧蚀变形部分，网格应尽可能的小，能更好的仿真出形变的过程，在单位大小栏中选择 校准为>普通物理学，县勾选预定义，选择"极细化"，下面的单元大小参数变化后，选择"定制"，修改"最大单元大小"为"20"。
定位到模型开发器中 网格1>自由三角形网格2，右键单击，添加"大小"。
在自由网格2的设置中，域选择栏选择下半部分(域1)，点击模型开发器中 网格1>自由三角形网格2>大小1，单元大小选择 预定制>常规。
点击设置栏的全部构建，即可生成网格。
研究
本例假设激光的总工作时间为10μs，步长0.1μs。
定位到模型开发器中 研究1>步骤1：瞬态。
在 研究设置中，时间单位选择"μs"，输出时常输出时步键入"range(0,0.1,10)",容差选择"物理场控制"。
点击计算，得到结果。
结果
结果会自动生成"温度"，"等温线"，"探针绘图组"，可以根据需要进行查看。点击对应结果设置中
时间控制键，可以看到不同时间的图形情况。
如果想知道更具体的参数，如整个激光烧蚀过程中，金属的熔深，我们可以添加探针。在模型开发器中定位到定义，右键添加探针>边界探针，探针类型选择"平均值"，源选择为金属的烧蚀边界(边界5)，重新点击研究中的计算即可得到熔深变化。
定位到模型开发器中的 结果>温度，在上方工具栏选择动画>文件，在动画设置栏中，帧栏帧选择为"全部"，然后选择导出，即可得到烧蚀过程的GIF图。
