[發明專利]利用計算機仿真計算被離子束轟擊的材料溫度的方法

有效

• 申請號: 201710127563.0
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN106951608B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 梁斌;鄭奕
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/08
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 孫雪

1.一種利用計算機仿真計算被離子束轟擊的材料溫度的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：計算離子束能量密度分布函數

1、使用離子束對被轟擊材料進行定點定時刻蝕，在所述離子束轟擊前與轟擊后，分別測量所述被轟擊材料表面的面型數據，使用轟擊前的面型數據減去轟擊后的面型數據得到刻蝕量，再除以刻蝕所耗費的時間，從而獲得被轟擊材料的材料去除工作函數；

2、將所述材料去除工作函數轉換為離子束能量密度分布函數：

①單位時間內去除的材料體積＝材料去除工作函數×(1.0×10^-6)×像素尺寸²；

②單位時間內轟擊到材料上的離子數量＝(離子束電流/1000)/1.602176565×10^-19；

③一個離子去除材料的體積＝單位時間內去除的材料體積/單位時間內轟擊到材料上的離子數量；

④計算得出單位時間內離子束能量最大值＝單位時間內轟擊到材料上的離子數量×每個離子的能量；

⑤計算得出離子束分布函數＝[材料去除工作函數×(1.0×10^-6)×像素尺寸²]/一個離子去除材料的體積；

⑥離子束能量密度分布函數＝[離子束分布函數×每個離子的能量×(1.602176565×10^-19)]/[(像素尺寸/1000)×(像素尺寸/1000)]＝88500/exp(({X}²+{Y}²)/0.081)；

步驟二：進行熱力學仿真分析

①定義材料的熱傳導率、密度和比熱容；

②建立被轟擊材料模型；

③讀入步驟一產生的離子束能量密度分布函數＝88500/exp(({X}²+{Y}²)/0.081)，X和Y是施加在模型節點上離子束能量密度分布函數的值，得到該點(X,Y)的離子束能量大小；定義高斯熱源表格，設置熱轉換效率系數為可變量系數，高斯熱源＝單位時間內離子束能量最大值×88500×熱轉換效率系數/exp(distance²/0.081),其中的a和b是步驟一中離子束的像素尺寸的值；

④施加高斯熱源表格到被轟擊材料模型表面，設定初始溫度，設置求解選項瞬態分析，然后加熱求解。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征是，所述像素尺寸根據所述材料去除工作函數的大小進行設定：

若材料去除工作函數大小在20mm×20mm以內，像素尺寸取值為0.5mm，否則若材料去除工作函數大小在30mm×30mm以內，像素尺寸取值為1mm，否則若材料去除工作函數大小在40mm×40mm以內，像素尺寸取值為1.5mm，否則若材料去除工作函數大小在50mm×50mm以內，像素尺寸取值為2mm。

3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征是，步驟二③中所述熱轉換效率系數的范圍在0～100％，并且所述熱轉換效率系數的取值應使熱力學仿真分析測溫曲線與實際測溫曲線誤差最小。

4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征是，在步驟二④的求解之前，設定施加高斯熱源總的時間是30分鐘。