Физическое обоснование схемы дискретизации при моделировании глубокого проплавления металлов в лазерных и родственных технологиях

Анализируется способность численных моделей адекватно воспроизводить гидродинамические процессы в режиме глубокого проплавления металлов в лазерных и электроннолучевых сварочных и родственных технологиях. Отмечается противоречивый характер выводов разных моделей об относительных вкладах термокапиллярного и абляционного механизмов в образовании глубокой каверны. Решение данной проблемы предполагает приведение расчетных результатов модели в соответствие с экспериментальными данными, согласно которым в технологических условиях основной вклад в формирование каверны вносит термокапиллярный механизм при незначительном испарении. Искажение соотношения этих вкладов является следствием неадекватного воспроизведения специфических особенностей термокапиллярного механизма в режиме глубокого проплавления. Причиной является выбор шага расчетной сетки без учета реального масштаба термокапиллярного потока в режиме глубокого проплавления. Предложена методика выбора физически обоснованного пространственного и временного шага расчетной сетки. Выполнены оценки для рекомендуемой дискретизации задачи при характерных размерах пятна фокусировки, используемых в технологиях лазерной сварки и аддитивного производства селективным лазерным плавлением. Проведено сравнение рекомендуемого шага расчетной сетки с обычно применяемой дискретизацией.