(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210964246.5 (22)申请日 2022.08.11 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 袁松梅　高孟玄　周宁　张家齐　 危家勇　 (74)专利代理 机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 专利代理师 赵娜 (51)Int.Cl. G06F 30/10(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) B23K 26/382(2014.01) (54)发明名称 激光制孔 孔型的预测方法和装置 (57)摘要 本发明涉及激光加工技术领域， 提供一种激 光制孔孔型的预测方法和装置， 该方法包括： 构 建待仿真材料的几何模型； 确定所述几何模型的 边界条件， 并确定所述几何模型对应的三维固体 传热和两相流水平集模型； 对所述几何模型进行 网格划分得到多个网格区域， 根据每个所述网格 区域的设定参数预测激光制孔孔型。 本发明实施 例利用两相流 ‑水平集的方法耦合流体传热进行 流体动力学仿真对激光选区融化过程进行了复 现， 能够预测不同材料在激光辐照下小孔的形状 生成过程、 熔体流动以及熔体冷凝后堆积的情 况， 从而提高激光制孔的效率。 权利要求书3页 说明书15页 附图4页 CN 115470537 A 2022.12.13 CN 115470537 A 1.一种激光制孔 孔型的预测方法， 其特 征在于， 包括： 构建待仿真材 料的几何模型； 确定所述几何模型的边界条件， 并确定所述几何模型对应的三维固体传热和两相流水 平集模型； 对所述几何模型进行网格划分得到多个网格区域， 根据每个所述网格区域的设定参数 预测激光制孔 孔型。 2.根据权利要求1所述的激光制孔孔型的预测方法， 其特征在于， 所述对所述几何模型 进行网格划分得到多个网格区域， 根据每个所述网格区域的设定参数预测激光制孔孔型， 包括： 确定所述几何模型的网格划分参数； 根据所述网格划分参数对所述几何模型进行网格划分得到多个所述网格区域； 根据每个所述网格区域的温度、 速度、 压力和相成分预测激光制孔 孔型。 3.根据权利要求1所述的激光制孔孔型的预测方法， 其特征在于， 所述确定所述几何模 型的边界条件， 包括： 确定所述几何模型的初始条件、 边界热源条件和两相流水平集 边界条件。 4.根据权利要求1所述的激光制孔孔型的预测方法， 其特征在于， 所述确定所述几何模 型对应的三维固体传热和两相流水平集模型， 包括： 确定流体的质量守恒方程、 动量守恒方程、 能量守恒方程以及水平集方程； 根据所述质量守恒方程、 所述动量守恒方程、 所述能量守恒方程以及所述水平集方程， 确定所述 三维固体传热和两相流水平集模型。 5.根据权利要求4所述的激光制孔孔型的预测方法， 其特征在于， 确定所述质量守恒方 程， 包括： 根据流体速度、 第一设定函数、 待仿真材料气化的质量损失量、 金属蒸气的密度以及液 态金属的密度， 确定所述质量守恒方程。 6.根据权利要求4所述的激光制孔孔型的预测方法， 其特征在于， 确定动量守恒方程， 包括： 根据流体速度、 体积力、 单位阵、 地球的重力加速度、 表面张力、 反冲力、 马兰戈尼力、 第 一设定函数、 第二设定函数以及有限元区域中的动态粘度， 密度， 温度和液体压力， 确定所 述动量守恒方程。 7.根据权利要求4所述的激光制孔孔型的预测方法， 其特征在于， 确定能量守恒方程， 包括： 根据流体速度、 有限元区域中的密度， 比热容， 温度和导热系数、 液体密度、 待仿真材料 对激光的吸收率、 蒸发潜热、 蒸发前沿的后退速度、 传热系数、 表面辐射率、 玻耳兹曼常数、 第一设定函数、 面热源以及激光脉冲的作用时间分布， 确定所述能量守恒方程。 8.根据权利要求4所述的激光制孔孔型的预测方法， 其特征在于， 确定水平集方程， 包 括： 根据水平集参数、 流体速度、 待仿真材料气化的质量损失量、 金属蒸气的密度、 液态金 属的密度、 蒸汽的体积分数、 液体的体积分数、 第一设定函数以及第二设定函数， 确定所述 水平集方程。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115470537 A 29.根据权利要求4所述的激光制孔孔型的预测方法， 其特征在于， 所述三维固体传热和 两相流水平集模型， 包括： 质量守恒方程： 其中， 表示梯度算子， 表示流体速度， δ表示第一设定函数， 表示待仿真材料气化 的质量损失量， ρv表示金属蒸气的密度， ρL表示液态金属的密度， 表示法向 向量； 动量守恒方程： 其中， 表示梯度算子， 表示流体速度， ρ 表示有限元区域中的密度， p表示有限元区域 中的液体压力， T表示有限元区域中的当前温度， μ表示有限元区域中的动态粘度， I表示单 位阵， 表示体积力， δ表示第一设定函数， φ表示第二设定函数， 表示地球的重力加速 度， 表示表面张力， 表示反冲力， 表示马兰戈尼力， 和 表示法向向 量； 能量守恒方程： 其中， 表示梯度算子， 表示流体速度， ρ表示有限元区域中的密度， Cp表示有限元区 域中的比热容， k表示有限元区域中 的导热系数， T0表示有限元区域中的初始温度， T表示有 限元区域中的当前温度， α 表示待 仿真材料对激光的吸收率， Lv表示蒸发潜热， ve表示蒸发前 沿的后退速度， ρl表示液体密度， h表示传热系数， ξ表示表面辐射率， kb表示玻耳 兹曼常数， S 表示面热源， g(t)表示激光脉冲的作用时间分布， δ表示第一设定函数； 水平集方程： 其中， 表示梯度算子， 表示流体速度， δ表示第一设定函数， φ表示第二设定函数， 表示待仿真材料气化的质量损失量， ε和γ表示 水平集参数， ρv表示金属蒸气的密度， ρL表示 液态金属的密度， Vf,v表示蒸汽的体积分数， Vf,L表示液体的体积分数。 10.一种激光制孔方法， 其特征在于， 应用于如权利要求1至9中任一项所述的激光制孔 孔型的预测方法， 包括：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115470537 A 3