(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 202210964243.1 (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. G16C 60/00(2019.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 113/26(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 复合材料激光制孔 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， 提供一种复 合材料激光制孔孔型的预测方法和装置， 该方法 包括： 构建待仿真复合材料的几何模型； 确定几 何模型的边界条件， 并确定几何模 型对应的三维 固体传热和两相流水平集模型； 根据矩形波函数 以及待仿真复合材料周期性铺排的厚度， 确定几 何模型中待仿真复合材料的传热系数； 对几何模 型进行网格划分得到多个网格区域， 根据每个网 格区域的设定参数预测激光制孔孔型。 本发明利 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复现， 能够 在考虑复合材料每层导热系数不同的情况下， 预 测复合材料在激光辐 照下小孔的形状生成过程、 熔体流动和熔体 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16页 附图4页 CN 115527632 A 2022.12.27 CN 115527632 A 1.一种复合材 料激光制孔 孔型的预测方法， 其特 征在于， 包括： 构建待仿真复合材 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； 根据矩形波函数以及所述待仿真复合材料周期性铺排的厚度， 确定所述几何模型中所 述待仿真复合材 料的传热系数； 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所述的复合材料激光制孔孔型的预测方法， 其特征在于， 所述根据矩 形波函数以及所述待仿 真复合材料周期性铺排的厚度， 确定所述几何模型中所述待仿 真复 合材料的传热系数， 包括： 根据所述待仿真复合材料的径向传热系数、 轴向传热系数以及单层厚度， 确定所述矩 形波函数； 对所述待仿真复合材料周期性铺排的厚度和所述待仿真复合材料对应的坐标信息进 行取模； 根据取模结果以及所述矩形波函数确定所述几何模型中所述待仿真复合材料的传热 系数。 3.根据权利要求1所述的复合材料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。 4.根据权利要求1所述的复合材料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。 5.根据权利要求1所述的复合材料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。 6.根据权利要求5所述的复合材料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、 待仿真复合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。 7.根据权利要求5所述的复合材料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， 确定所权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115527632 A 2述动量守恒方程。 8.根据权利要求5所述的复合材料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、 待仿真复合 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。 9.根据权利要求5所述的复合材料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、 待仿真复合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。 10.根据权利要求5所述的复合材料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， 表示待仿真复合材料 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 仿真复合 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：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115527632 A 3