等离子激光复合直接成形是一种以等离子激光复合能束为热源、直接由金属粉末快速制造零件的技术,以解决高温合金零件制造周期长、成本高的问题。但是相比单纯激光为热源的制造技术,采用等离子体热源时,熔积宽度较大,某些薄壁零件成形时就会产生粉末浪费、成形性能不好的问题。引入激光的原因之一就是希望利用激光压缩等离子弧柱,使其比单纯等离子体为热源时更适合熔积薄壁零件,减少粉末的浪费。因此本研究借助计算机模拟来预测等离子弧柱被压缩的情况,分析激光参数对等离子体的影响规律,为合理选择激光参数、有效压缩等离子弧柱提供科学依据。论文首先建立强激光脉冲与稠密等离子体相互作用的二维物理模型,该模型描述了激光与等离子体相互作用后,粒子的空间位置分布(即等离子体形貌的变化情况)和速度分布,并模拟了激光脉冲形貌以及粒子的动能、电流强度等。模拟采用PIC方法跟踪粒子,利用Maxwell方程来控制求解电场强度和磁场强度,然后将其值耦合到Lorenz方程和电流连续性方程上自洽地推动粒子步进和电磁场量变化。在模拟并分析了强激光与等离子体相互作用过程的典型物理现象,验证模拟结果的正确性后,论文第二部分采用降低激光强度和等离子密度的方式来模拟等离子弧柱在激光作用下形态的变化,分析讨论了主要激光参数(激光平均功率、脉冲宽度和重复频率)对等离子弧柱形态的影响规律。通过CCD摄取等离子弧柱形态的原始图像,并进行图像轮廓提取后验证得出,该模型基本适合于模拟研究激光参数对等离子弧柱形态的影响规律。论文最后还给出了等离子弧柱形态模拟的结论与展望,指出了本模型可以进一步扩展到三维,考虑等离子体的二次电离、外界环境的影响以及激光入射角度的影响,模拟出更为直观的等离子弧柱形态的变化,得出更有利于指导实验参数优化的结论。