聚丙烯腈(Polyacrylonitrile,PAN)基碳纤维是PAN基原丝经过预氧化、碳化、以及石墨化过程一系列处理后得到的一种微晶石墨材料,具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐高温以及可加工性高等优异性能,在航空航天,建筑建材,体育用品等领域具有广阔的应用前景。本课题以PAN基碳纤维为研究对象,重点探究在激光照射的条件下,碳纤维温度分布的均匀性和石墨化程度,分析温度均匀性对力学性能的影响。主要研究内容与结果如下:激光辐照发出的能量具有高斯分布的特点。首先基于激光光束能量的高斯分布特征,建立了高斯移动热源模型,从宏观结构尺度完成碳纤维材料的热力学参数传递。采用有限元法,基于Ansys/Workbench平台,设置碳纤维材料热性能参数,通过“热分析”模块施加高斯热源和温度边界条件,保证激光作用的连续性。结果表明,碳纤维丝束横截面内的温度分布主要取决于激光功率、光斑直径、走丝速度和激光数量,增大激光功率、缩小光斑直径、降低走丝速度和增加激光数量都能有效的提高纤维温度,有利于石墨化程度的提高。定义了温度均匀性指数,分析了不同条件对碳纤维温度均匀性的影响规律。求解了激光辐照移动碳纤维丝束在石墨化反应体系中的温度分布,以分析激光对碳纤维石墨化作用的径向非均匀性的影响规律。结果表明,降低激光功率、增大光斑直径、降低走丝速度,能够在一定程度上增加纤维温度分布的均匀性。增加激光器数量能够在很大程度上提高纤维温度的均匀性。三个激光器互成120°照射碳纤维,基本能够解决温度分布不均的问题。建立了激光辐照碳纤维的热固耦合模型。基于Workbench平台,通过热固耦合,对碳纤维产生的力学性能进行了数值分析。结果表明,随着碳纤维温度的升高,其热应力、热应变逐渐增大。三支激光辐照,得到的热应力远小于单支激光的情形。