München 2019 – wissenschaftliches Programm

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K: Fachverband Kurzzeit- und angewandte Laserphysik

K 7: Laser Applications II

K 7.1: Vortrag

Mittwoch, 20. März 2019, 14:00–14:20, HS 3

Numerische Simulation der Laser-Materie Wechselwirkung — •Marcel Goesmann — Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI, Freiburg

Thermische und fluiddynamische Prozesse spielen eine wichtige Rolle bei der Wirkung intensiver Laserstrahlung auf Metallproben. Im vorliegenden Beitrag wird ein numerisches Modell vorgestellt, welches die wesentlichen thermischen Phänomene bei Bestrahlung einer Probe mittels cw-Laserstrahlung erfasst. Mit Hilfe dieses Simulationsmodells wurden experimentelle Daten analysiert und es wurde gezeigt, dass bei hohen Intensitäten eine Verminderung der effektiven Absorptivität auftritt. Diese Beobachtung wird durch die einsetzende Schmelzbaddynamik und die Bildung einer Dampf- bzw. Plasmawolke an der Oberfläche erklärt. Dies motivierte, dass das Modell neben der Wärmeleitung im Festkörper in Abhängigkeit von der auftreffenden Laserleistung, vom Strahlprofil sowie von der Absorptivität der Oberfläche, auch Phasenübergänge und fluiddynamische Aspekte des aufgeschmolzenen Materials und der sich normal zur Oberfläche der Probe ausbreitenden Dampfwolke erfasst. Hierzu wird ein Ansatz vorgeschlagen, der die nichtlinear gekoppelten Modellgleichungen als Freie-Randwert-Aufgabe formuliert. Das bedeutet, dass neben den Wärme- und Erhaltungsgleichungen auch die Bewegungen der Phasenübergange mittels effizienter numerischer Diskretisierungsverfahren gelöst werden.