【摘 要】
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碳纤维/环氧树脂复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics,简称CFRP）是一种新型的高强度、高耐蚀材料。使用传统的机械加工方法对CFRP材料进行切割和钻孔,容易产生断层和毛刺,影响加工质量。目前,现代工业需要一种新的方法来处理CFRP材料。激光是一种非接触、基于热效应加工材料的方法,特别适用于复合材料的加工。因此,研究激光对CFRP材料热损伤规律具有重要的理论和现
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碳纤维/环氧树脂复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics,简称CFRP）是一种新型的高强度、高耐蚀材料。使用传统的机械加工方法对CFRP材料进行切割和钻孔,容易产生断层和毛刺,影响加工质量。目前,现代工业需要一种新的方法来处理CFRP材料。激光是一种非接触、基于热效应加工材料的方法,特别适用于复合材料的加工。因此,研究激光对CFRP材料热损伤规律具有重要的理论和现实意义。本文从理论、仿真和实验三个方面研究了不同物理参数（纤维结构和厚度）的CFRP材料在高功率激光作用下的热损伤。在理论研究方面,基于高功率激光辐照CFRP材料的热传导理论、热弹塑性力学理论。考虑到碳纤维和基体的物理性质、纤维的各向异性以及碳纤维层的结构特点,建立了高功率激光辐照CFRP材料的理论模型。在仿真研究方面,基于不同物理参数（纤维结构和厚度）的CFRP材料在高功率激光辐照下的理论模型,建立了相应的仿真模型。利用COMSOL有限元分析软件对复合材料进行了仿真研究。分析了复合材料表面中心点、径向和轴向温度以及径向和轴向应力,得到了复合材料的温度场和应力场随激光功率密度的变化规律。在实验研究方面,采用点温仪实时测量了CFRP材料在激光损伤过程中的温度变化。利用三维表面测量仪对激光作用后的表面损伤形貌、损伤面积和损伤深度进行了测量。得到了两种结构CFRP材料在高功率激光作用下的温度、损伤面积和损伤深度与激光参数和材料厚度的变化关系,以及两种结构CFRP材料在高功率激光作用下损伤阈值的变化规律。最后结合仿真结果与实验结果,分析了高功率激光辐照CFRP材料的热损伤规律,为复合材料的激光加工提供了理论依据。
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