Comsol激光熔覆与烧结模型：简易二维温度场仿真分析指南——快速掌握激光仿真流程与温度场应用

原创于 2025-12-12 19:30:00 发布 · 129 阅读

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#极限编程

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打开COMSOL时咱们先别慌，激光熔融的温度场建模核心就三件事：画个靶材，加载热源，看温度怎么跑。先甩开那些花里胡哨的模块，直接从模型向导选择二维、传热、瞬态研究，这波操作能跳过80%的无效设置。

材料库直接选不锈钢预设参数，重点在热导率和相变潜热。别在材料属性里死磕，新手容易栽在这：

% 材料参数设置捷径
material = mphgetprop(model,'mat1');
material.propertyGroup('def').set('thermal_conductivity', 45[W/(m·K)]);
material.propertyGroup('def').set('heat_capacity', 480[J/(kg·K)]);

这段脚本直接魔改导热系数和比热容，比在GUI里点来点去快三倍。注意单位写在方括号里，COMSOL的语法强迫症就爱这口。

热源加载是重头戏，移动高斯热源要玩得溜。用解析函数定义热流密度，x方向速度设为0.5mm/s时：

heat_source = @(x,y,t) 1e7*exp(-((x-0.5e-3*t)^2 + y^2)/(0.2e-3)^2);

这公式暗藏玄机——指数项控制光斑尺寸，0.2e-3对应200μm光斑，1e7是峰值功率密度。实际仿真时把系数调成参数变量，方便后面做参数化扫描。

网格剖分记住三不要：熔池区域别用三角形网格，边界层至少铺三层，远离热源区直接摆烂用粗网格。看这段剖分逻辑：

mphmesh(model,'geom1','face',1,...
    'elementSize',0.05e-3,...
    'elementSizeScaled',0.1);

0.05mm的单元尺寸在熔池区足够细，边缘放大十倍省计算量。记住网格像渔网，关键区域网眼密才有捕捉温度梯度的本事。

求解器设置藏着新手必踩的坑。瞬态分析别用默认的BDF，改成广义alpha法：

study.step('time').set('method','genalpha');
study.step('time').set('tlist','range(0,0.1,1)');

时间步长从0.1秒开始试探，遇到不收敛先别慌，把非线性方法里的阻尼系数从1调到0.7，立马见效。记得打开自动重新初始化，COMSOL的瞬态求解器跟驴似的，得抽一鞭子走一步。

后处理阶段重点看两个图：温度场云图和熔池演变动画。导出数据时用切片线功能抓取表面温度曲线：

export = model.result().export('plot1');
export.set('filename','surface_temp.txt');
export.run();

这招能直接把激光扫描路径上的温度分布导出做二次分析。动画输出选GIF格式，帧率调到15，文件体积比MP4小十倍。

碰到最大温升总比实验数据低？八成是忘了相变潜热。在材料属性里勾选相变选项，填入融化潜热值：2.6e5 J/kg。这时候别手贱改其他参数，先跑个基准案例验证模型。常见翻车现场是热源功率单位搞错——注意COMSOL默认用瓦特而不是千瓦。

最后说个骚操作：在结果里添加探针监控点，实时跟踪特定位置的温度变化。选熔池中心点和热影响区边缘两个位置，对比升温曲线能看出热传导的延迟效应。这比盯着全场云图更能理解激光加工的热力学过程。