高功率激光辐照CFRP的温度场和应力场的数值分析

来源：激光技术杂志2021年第5期北京时间：

作者：张潇允, 张巍, 夏盛强, 马遥, 金光勇

摘要：为了研究高功率激光致碳纤维/环氧树脂复合材料的热损伤规律，采用COMSOL软件对多层结构的碳纤维/环氧树脂复合材料的热应力进行模拟计算，取得了不同功率密度激光辐照复合材料的瞬态温度场与应力场的时空分布及变化规律。测量得到不同功率密度的激光作用碳纤维/环氧树脂后的损伤面积和损伤形貌，与数值模拟结果的趋势吻合。结果表明，靶材表面辐照中心点温度在872K时出现温度平台，即相变潜热期与逆相变潜热期，并随着激光功率密度变化；激光辐照靶材对上表面碳纤维产生了极大的轴向压应力，功率密度为293W/cm2时，压应力差值约为1.87MPa；功率密度为3453W/cm2时, 压应力差值约为1.42MPa。这一结果对高功率激光致碳纤维/环氧树脂复合材料的热损伤研究提供了理论基础。

关键词：激光技术, 热应力, 数值模拟, 复合材料, 损伤特性