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由于表面微结构可以提高材料的摩擦性能、生物医学性能以及光学性能,因此表面微结构在微电子、国防、生物、先进制造业等高技术领域具有广泛的应用。表面微结构加工技术有多种,其中以激光为热源的表面微结构加工技术,由于其优良的可控性、效率高、运用范围广、污染小等优点受到了越来越多的关注与使用。目前关于激光表面微结构加工的实验研究已有很多,但是由于实验现象比较复杂,只通过分析实验结果来研究激光表面微结构加工过程是不够的,因此需要进行一些数值模拟来研究材料变形过程的热学与力学效应,解释激光与材料的相互作用机理过程。本文以表面微结构的广泛应用为背景,运用COMSOL有限元分析软件,建立一种基于温度依赖性表面张力的二维有限元模型,研究了激光与材料相互作用过程中表面张力法向应力和表面张力切向应力对表面形貌的影响。并在此理论研究基础上研究了激光能量密度分布对表面形貌的影响,分别建立了激光能量密度高斯分布和均匀分布条件下的数值模型。通过对数值模拟结果的观察得出以下结论:1.激光表面微结构加工过程中,表面张力切向应力梯度的正负对流体流动、表面峰值温度以及表面形貌有着显著的影响。当表面张力切向应力梯度分别为大于零、小于零及等于零时,熔池表面形貌变化分别为中间凸起边缘凹陷、中间凹陷边缘凸起以及基本没有变化。并且在表面张力切向应力梯度小于等于零的情况下,随着表面张力梯度绝对值大小的增加熔池表面流体速度逐渐增加,峰值温度逐渐降低,表面形貌变形越大;反之,当表面张力切向应力梯度大于等于零时,随着表面张力梯度绝对值大小的增加熔池表面流体速度逐渐增加,峰值温度逐渐增大,表面形貌变形越大。2.表面张力法向应力对表面形貌也有着很大的影响。熔池表面流体速度随着表面张力法向应力的增加逐渐减小,峰值温度逐渐增大,表面形貌变形减小;而熔池表面峰值温度随着表面张力法向应力的增加逐渐降低,当表面张力法向应力增加到一定值时,峰值温度趋于稳定。3.激光表面微加工过程中激光能量密度的分布对表面形貌也有很大影响。光能量密度在高斯分布条件下的熔池表面变形比均匀分布条件下更大,且不容易确定熔池固化后表面变形具体位置;而激光能量密度在均匀分布条件下熔池区间变化较小,固化后的表面变形位置更容易确定,表面变形区间位置与激光光束直径接近。