留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

纤维增强复合材料激光烧蚀效应的数值模拟

彭国良 闫辉 刘峰 杜太焦 王玉恒

彭国良, 闫辉, 刘峰, 杜太焦, 王玉恒. 纤维增强复合材料激光烧蚀效应的数值模拟[J]. 中国光学, 2013, 6(2): 216-222. doi: 10.3788/CO.20130602.0216
引用本文: 彭国良, 闫辉, 刘峰, 杜太焦, 王玉恒. 纤维增强复合材料激光烧蚀效应的数值模拟[J]. 中国光学, 2013, 6(2): 216-222. doi: 10.3788/CO.20130602.0216
PENG Guo-liang, YAN Hui, LIU Feng, DU Tai-jiao, WANG Yu-heng. Numerical simulation of laser ablation of fiber-reinforced composite materials[J]. Chinese Optics, 2013, 6(2): 216-222. doi: 10.3788/CO.20130602.0216
Citation: PENG Guo-liang, YAN Hui, LIU Feng, DU Tai-jiao, WANG Yu-heng. Numerical simulation of laser ablation of fiber-reinforced composite materials[J]. Chinese Optics, 2013, 6(2): 216-222. doi: 10.3788/CO.20130602.0216

纤维增强复合材料激光烧蚀效应的数值模拟

doi: 10.3788/CO.20130602.0216
基金项目: 

激光与物质相互作用国家重点实验室基金资助项目(No.SKLLIM1102)

详细信息
    作者简介:

    彭国良(1985—),男,湖北大冶人,硕士,助理研究员,2006年于清华大学获得学士学位,2009年于西北核技术研究所获得硕士学位,主要从事强激光效应的理论和数值模拟方面的研究。E-mail:pgl02@163.com;闫 辉(1987—),男,陕西宝鸡人,研究实习员,学士,2010年于南京大学获得学士学位,主要从事激光与物质相互作用的理论与数值模拟方面的研究。E-mail:yanhui20133@126.com

    通讯作者:

    彭国良, E-mail:pgl02@163.com

  • 中图分类号: TG156.99

Numerical simulation of laser ablation of fiber-reinforced composite materials

  • 摘要: 考虑材料的热解、氧化、相变及辐射和内外对流换热等物理过程,给出了激光烧蚀纤维增强复合材料的物理模型及数学模型。以碳纤维/环氧树脂复合材料为例,编程计算了材料的激光烧蚀过程,计算结果与实验结果符合得较好。计算结果表明:考虑复合材料的内对流时得到的结果更准确;较强功率密度激光辐照时,氧化对烧蚀的贡献可以忽略;功率密度一定时,烧蚀质量随时间近似为线性变化,功率密度越高,烧蚀效率越高。以辐照结束时背表面温度及烧蚀质量为目标物理量,对烧蚀过程做了参数敏感性分析,结果表明:热容及热导率对背表面温度的影响较大;树脂含量对烧蚀质量的影响较大,但其相对敏感度随激光功率密度增加而下降;激光功率密度超过1 kW/cm2时,辐射系数对烧蚀质量影响较大,但其相对敏感度随激光功率密度增加而下降。
  • [1] PARKAR Z,MANGUN CH. Ablation characteristics of an aromatic thermosetting copolyester/carbon fiber composite[J]. J. Composite Mater.,2012,46:1819-1830. [2] ZHANG ZH Y. Thermo-mechanical behavior of polymer composites exposed fire[D]. Virginia:Balcksburg,2010. [3] BAHRAMIAN A R,KOKABI M. Ablation and thermal degradation behaviour of a composite based on resol type phenolic resin: process modeling and experimental[J]. Polymer,2006,47:3661-3673. [4] 陈敏孙,江厚满.切向空气气流对激光烧蚀碳纤维复合材料过程的影响[J]. 光学 精密工程,2011,19(2):482-486. CHEN M S,JIANG H M. Influence of tangential airflows on process of laser ablating carbon-fiber composites[J]. Opt. Precision Eng.,2011,19(2):482-486.(in Chinese) [5] 徐斌,伍晓宇,罗烽,等.0Cr18Ni9不锈钢箔的飞秒激光烧蚀[J].光学 精密工程,2012,20(1):45-51. XU B,WU X Y,LUO F,et al.. Ablation of 0Cr18Ni9 stainless steel films by femtosecond laser[J]. Opt. Precision Eng.,2012,20(1):45-51.(in Chinese) [6] TARASENKO V F,PANCHENKO A N,BULGAKOVA N M,et al.. Formation of microstructure on liquid metal surface under nanosecond laser ablation[J]. Chinese Optics,2011,4(1):46-52. [7] 陈林柱.蜂窝复合材料的激光烧蚀效应实验研究[M].西安:西北核技术研究所,2010. CHEN L ZH. Experiment Research of Laser Ablation Effect of Honeycomb Composite Material[M]. Xi'an:Northwest Institute of Nuclear Technology,2010.(in Chinese) [8] 常新龙,李正亮,胡波,等.碳纤维/环氧树脂层合板的激光烧蚀特性分析[J].红外与激光工程,2011,40(9):1691-1695. CHANG X L,LI ZH L,HU B,et al.. Analysis of carbon/epoxy laminates ablation subject to laser irradiation[J]. Infrared and Laser Eng.,2011,40(9):1691-1695.(in Chinese) [9] 汤文辉,冉宪文,徐志宏,等.强激光对靶材烧蚀效应的数值模拟研究[J].航天器环境工程,2010,27(1):32-34. TANG W H,RAN X W,XU ZH H,et al.. Numerical simulation of high intensity laser ablation of materials[J]. Spacecraft Environment Eng.,2010,27(1):32-34.(in Chinese) [10] 李雅娣,张钢锤,吴平,等.炭纤维/环氧树脂复合材料层板连续激光烧蚀数值计算[J].固体火箭技术,2008,31(3):262-265. LI Y D,ZHANG G CH,WU P,et al.. Numerical calculation for ablation of carbon fiber/epoxy resin laminated composites under continuous laser irradiation[J]. J. Solid Rocket Technology,2008,31(3):262-265.(in Chinese) [11] SEMAK V V. Modeling of laser charring and material removal in fiberglass material[J]. J. Directed Energy,2006,2:5-21. [12] GRIFFIS C A,MASUMURA R A. Thermal response of graphite epoxy composite subjected to rapid heating[J]. J. Composite Materials,1981,15:427-442. [13] ZIENKIEWICZ O C,TAYLOR R L. The Finite Element Method:Fluid Fynamics[M]. 5th ed. Beijing:Tsinghua University Press,2007.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  1711
  • HTML全文浏览量:  91
  • PDF下载量:  715
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-12-13
  • 修回日期:  2013-02-13
  • 刊出日期:  2013-04-10

目录

    /

    返回文章
    返回