【摘 要】
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本文主要针对亚声速空气流作用下1064nm连续激光烧蚀玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）过程中的力学剥蚀效应,从实验和数值模拟两个方面进行了研究。设计实验装置收集了激光烧蚀GFRP过程中的力学剥蚀产物。通过测量复合材料总的质量损失和剥蚀产物质量,计算力学剥蚀引起的材料烧蚀所占的百分比。研究了不同的激光功率密度和切向气流速度下力学剥蚀效应的变化规律,使用红外测温仪测量光斑中心点的温度变化。实验结
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本文主要针对亚声速空气流作用下1064nm连续激光烧蚀玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）过程中的力学剥蚀效应,从实验和数值模拟两个方面进行了研究。设计实验装置收集了激光烧蚀GFRP过程中的力学剥蚀产物。通过测量复合材料总的质量损失和剥蚀产物质量,计算力学剥蚀引起的材料烧蚀所占的百分比。研究了不同的激光功率密度和切向气流速度下力学剥蚀效应的变化规律,使用红外测温仪测量光斑中心点的温度变化。实验结果表明:力学剥蚀造成的靶材质量损失所占百分比会随气流速度的增大而增大并趋于饱和;力学剥蚀所占百分比随着激光功率密度的增大而增大;力学剥蚀所占百分比随激光辐照时间的增加而增大并达到相对恒定;GFRP的力学剥蚀效应与其铺层结构相关,GFRP内部铺层结构会影响材料表面的力学剥蚀机理,造成材料表面温度的规律性变化。建立了激光烧蚀GFRP的二维轴对称模型,模型中考虑了GFRP对激光的体吸收效应、树脂的热解、玻璃纤维的熔融和气化、GFRP的力学剥蚀等机理以及材料内部的传热传质过程。通过COMSOL软件进行有限元分析,实现多物理场的耦合。计算得到了复合材料烧蚀的温度场、烧蚀形貌等结果。数值计算结果与实验结果进行比较,两者符合的比较好。本文的研究结果有助于进一步了解连续激光烧蚀GFRP过程中的力学剥蚀效应。对了解高速气流下激光辐照GFRP的损伤破坏机制具有重要意义。
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