激光切割碳纤维复合材料的温度场仿真

来源：激光技术杂志2020年第5期北京时间：

作者：底才翔, 孙艳军, 王菲, 陈燨, 丁伟

摘要：为了揭示激光切割碳纤维复合材料过程中温度场的分布规律、材料对能量的吸收和传递规律以及热影响区的形成机制，采用碳纤维复合材料为研究对象，建立激光切割碳纤维复合材料的多物理场模型，计算仿真了激光切割碳纤维复合材料过程中温度场分布及激光参量对碳纤维复合材料温度和热影响区影响规律，得到了激光切割碳纤维复合材料过程中的3维温度场分布。结果表明，激光切割过程中，碳纤维复合材料表面温度场近似为椭圆形，且碳纤维复合材料中能量的传递和扩散主要沿着碳纤维铺设方向；激光功率20W、光斑半径100μm、切割速率50mm/s的激光沿垂直于碳纤维铺设方向切割时，激光光斑作用处碳纤维温度远低于树脂层温度；随着切割光斑半径和激光功率的增加，碳纤维复合材料中最高温度逐渐增加，热影响区逐渐增大；随着切割速率的增加，碳纤维复合材料中最高温度逐渐减小，热影响区逐渐变小。该研究为了解激光切割碳纤维复合材料过程中的热损伤机理及材料高质高效的加工提供了一定的理论指导。

关键词：激光技术, 温度场, 多物理场, 碳纤维复合材料, 热影响区