Διερεύνηση της σχέσης μεταξύ του ρυθμού φωτοαποδόμησης και της πυκνότητας ενέργειας κατά την κατεργασία αφαίρεσης υλικού με δέσμη Laser με τη μέθοδο της Μοριακής Δυναμικής - Σιδέρης, Εμμανουήλ (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών, 2016)
Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στον Τομέα Τεχνολογίας των Κατεργασιών της σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του Ε.Μ.Π. Πρωταρχικός στόχος της εργασίας είναι η διερεύνηση της σχέσης μεταξύ του ρυθμού φωτοαποδόμησης και της πυκνότητας/ροής ενέργειας κατά την αφαίρεση υλικού με υπερβραχείς παλμούς laser, μέσω της μεθόδου της Μοριακής Δυναμικής. Το μοντέλο Μοριακής Δυναμικής που χρησιμοποιήθηκε, είναι σε γλώσσα MATLAB και είχε ήδη αναπτυχθεί σε προηγούμενη εργασία [1]. Στις προσομοιώσεις, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατόμων περιγράφονται από το δυναμικό Morse, όπου ως μέγιστη απόσταση υπολογισμού αλληλεπιδράσεων έχουν ληφθεί τα 10Å. Ως υλικό χρησιμοποιήθηκε το Al (Παράμετροι για το δυναμικό Morse από [77]) με κρυσταλλικό πλέγμα FCC κατά τις κατευθύνσεις x, y και z. Στα άκρα του δοκιμίου κατά τους x και y άξονες εφαρμόστηκαν περιοδικές συνοριακές συνθήκες, ενώ στην πίσω επιφάνεια του δοκιμίου εφαρμόστηκαν ανακλώμενες συνοριακές συνθήκες. Έλαβαν χώρα προσομοιώσεις με τρεις διαφορετικούς όγκους προσομοίωσης 20x20x20, 25x25x25 και 30x30x30 σειρών ατόμων, με τον μεγαλύτερο να αποτελείται από 27000 άτομα. Καταρχάς, διερευνάται η σχέση μεταξύ βάθους αποδόμησης και συνόλου αποδομημένων σωματιδίων συναρτήσει της ροής ενέργειας για παλμό 200fs και συνολική διάρκεια προσομοίωσης 400fs. Όσον αφορά το βάθος αποδόμησης, για ροές πολύ κοντά στο κατώφλι αποδόμησης, παρατηρούνται σταθερές τιμές. Για μεγαλύτερες ροές, το βάθος αποδόμησης αυξάνεται λογαριθμικά. Στη συνέχεια, μελετήθηκε η επίδραση του όγκου προσομοίωσης, όπου αύξηση του όγκου, οδηγεί σε μικρή μείωση του κατωφλιού ροής και σε μικρή αύξηση του βάθους αποδόμησης. Για ροές πολύ κοντά στο κατώφλι αποδόμησης, αύξηση του όγκου, προκαλεί την αποδόμηση περισσότερων ατόμων, κάτι που μπορεί να σχετίζεται με τη μείωση του κατωφλιού αποδόμησης. Για ένα εύρος τιμών ροής ενέργειας, ο συνολικός αριθμός αποδομημένων ατόμων είναι ανεξάρτητος του όγκου προσομοίωσης και αυξάνεται με επιταχυνόμενο ρυθμό. Παρόλα αυτά, επηρεάζεται πολύ πριν τα αποδομημένα άτομα φτάσουν τον συνολικό αριθμό ατόμων του δοκιμίου τον οποίο πλησιάζει ασυμπτωτικά. Τέλος, μελετήθηκε η επίδραση της διάρκειας παλμού, όπου έλαβαν χώρα επιπλέον προσομοιώσεις με παλμούς διάρκειας 50fs και 100fs. Όπως παρατηρήθηκε, μείωση της διάρκειας παλμού προκαλεί αύξηση του βάθους αποδόμησης και των αποδομημένων ατόμων, η οποία γίνεται ακόμη μεγαλύτερη για μεγαλύτερες ροές ενέργειας.