Загальний порядок виконання роботи

1. Одержати завдання у викладача.

2. Запустити програму MathCAD, відкрити відповідний файл.

3. Вибрати з додатку Б або [1-3] необхідні для розрахунку параметри матеріалу.

4. Вибрати з табл. 1 необхідні для розрахунку теплофізичні константи.

5. Ввести з табл. 2 параметри лазерної обробки, необхідні для даного розрахунку.

6. Проаналізувати вихідні дані й вибрати модель розрахунку, попередньо її обґрунтувавши.

7. Розрахувати необхідні в завданні залежності температури й/або швидкості нагрівання-охолодження, градієнта температур і т.д. від координат і /або часу.

8. Одержати необхідні в завданні графіки розподілу температури й/або швидкості нагрівання-охолодження, градієнта температур і т.д. від координат і /або часу.

9. Зберегти у файлі - звіті вхідні дані, зроблені оцінки, отримані результати, включаючи графіки.

10. Зробити висновки про використану модель й отримані результати.

Загальні контрольні питання

1. Назвіть відомі Вам теплофізичні моделі й поясніть їхнє розходження.

2. Опишіть використовувану в даній роботі модель.

3. Опишіть границі застосовності вашої теплофізичної моделі, що використовується в даній роботі.

4. Які дані необхідні вам для проведення розрахунків?

5. Для яких інших технологічних процесів ваша модель застосовна?

6. Як залежить результат вашого розрахунку від числа кроків розбивки?

Практична робота № 7

Лазерна обробка Гаусовим точковим джерелом

(імпульсний режим, двовимірне завдання, циліндрична симетрія).

(додаток А, програма 2, файл MathCad – „2.mcd”)

Теоретичні відомості

Розподіл ЛВ інтенсивності по Гаусу I(r) = I(z=0)×exp(-k×r²) дозволяє, використовуючи циліндричну симетрію джерела випромінювання, одержати точне рішення теплового завдання. Матеріал при цьому передбачається однорідним, джерело - точковим й інтенсивність лазерного джерела не залежить від часу, а теплова модель – напів нескінченне тіло. Аналітичне рішення такого завдання описано в [8]:

- зміна температури при нагріванні в центрі зони обробки на поверхні матеріалу в будь-який момент часу t <= t_i описується формулою 7.1;

-зміна температури при охолодженні в центрі зони обробки на поверхні матеріалу в будь-який момент часу t >= t_i формулою 7.2;

-розподіл температур по координатах R, Z у будь-який момент часу t <= ti формулою 7.3;

Варіанти завдань

1. Вивчити характер розподілу температур по координатах R, Z залежно від ступеня зосередженості ЛВ (параметр до = 1, 0,5; 0,3 і т.д.)

2. Промоделювати процес лазерної обробки імпульсним Гаусовим випромінюванням: розрахувати розподіл температур на стадії нагрівання.

3. Чисельно підібрати кілька режимів ЛВ на ваш матеріал, при яких забезпечується досягнення Т_пл у центрі плями обробки.

Практична робота № 8

Обробка об'ємним лазерним точковим джерелом

(імпульсний режим, одномірне завдання).

(додаток А, програма 3, файл MathCad - „3.mcd”)

Теоретичні відомості

Лазерний промінь можна вважати об'ємним тепловим джерелом у тому випадку, якщо максимум енергії випромінювання від нього виділяється не на поверхні матеріалу (як це має місце при лазерній обробці), а в об‘ємі. Цьому випадку повністю відповідає обробка лазерним випромінюванням пористих середовищ (наприклад, порошків). Для однорідного напів нескінченного середовища, коли інтенсивність джерела не залежить від часу, таке завдання вирішується точно в [5]:

-розподіл температури в глиб матеріалу в будь-який момент часу t <= ti описується формулою 8.1;

Варіанти завдань

1. Промоделювати процес імпульсної лазерної обробки: розрахувати температури на стадії нагрівання.

2. Чисельно підібрати кілька режимів лазерної обробки на ваш матеріал, при яких забезпечується досягнення Т_пл у центрі плями обробки.

3. Вивчити характер залягання в матеріалі зони загартування (побудувати графічно розподіл епюри температур з Т >= Ас₁).

Практична робота № 9