文章已成功发表在SCI期刊 International Journal of Mechanical Sciences（最新SCI期刊分区：工程技术1区Top ，IF 9.4），评论可以沾沾好运~标题为：Unraveling keyhole oscillation dynamics in laser processing with multiphysics modelings

要点

• 建立了一个用于研究小孔动力学的统一多物理场格子玻尔兹曼模型。

• 证实后壁是小孔振荡的主要来源。

• 揭示了小孔周期性自调节机制。

• 建立了基于工艺参数的小孔稳定性判据。

摘要

在高功率密度激光加工过程中产生的小孔振荡，对制造可靠性构成了挑战。因此，理解具有非线性热-机械耦合的小孔动态稳定性机制至关重要。

在本工作中，开发了一种新颖的统一多物理场格子玻尔兹曼模型，该模型创新性地集成了保守型艾伦-卡恩相场方法、统一浸没边界格子玻尔兹曼方法、渐进式光线追踪-相场耦合以及ϕ-φ参数动力学。这一新颖框架能够克服关键挑战，包括激光加工过程中气-液扩散界面的质量不连续问题以及多反射能量耦合问题。高速同步辐射X射线成像验证了该模型在微米/微秒时空尺度上解析小孔形貌和振荡的能力。

值得注意的是，模拟结果显示，后壁是小孔振荡的主要来源，并表现出由反冲压力驱动的周期性自调节。作为一项关键创新，在激光功率-速度-半径参数空间内建立了一个临界稳定性判据。这些发现为提升小孔稳定性、确保激光加工可靠性提供了物理基础。

图文摘要

本文系统展示了一项关于激光加工小孔动力学的多物理场建模研究。研究通过建立统一多物理场格子玻尔兹曼模型（UMLBM），结合高速同步辐射X射线成像验证，从瞬态不稳定性、动态自调节机制到稳定性判据，层层深入揭示了小孔形貌演化的内在机理。主要发现可归纳为以下三点：

振荡根源：小孔后壁能量吸收不足且分布不均，导致反冲压力在大小与空间上随机波动，是引发三维小孔结构振荡的核心原因。

自调节机制：尽管存在高频扰动，小孔仍能通过周期性覆盖后壁的反冲压力抵消塌陷趋势，尤其是后壁中上部的反冲压力集中分布，对维持小孔开口与整体稳定性起关键作用。

稳定性判据：在激光功率（P）、扫描速度（V）与光斑半径（Rb）参数空间内，建立了一个普适性定量判据 P ≤ C·Rb·V³（C 为材料常数），为工艺优化与稳定加工窗口的快速识别提供了理论基础。

该 UMLBM 框架为熔池-小孔动力学模拟奠定了计算基础。未来研究将聚焦于将该方法拓展至激光粉末床熔融、激光定向能量沉积等复杂增材制造场景，通过引入粉末/丝材进给模型，进一步提升对多物理场耦合过程及缺陷形成的预测能力。

作者致谢

本研究得到国家自然科学基金项目、工业和信息化部高技术船舶项目、华中科技大学学科交叉研究项目以及中国博士后科学基金项目的资助。感谢 LetPub（www.letpub.com.cn）在本文撰写过程中提供的语言支持。

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