切向空气流速度对玻璃纤维增强树脂基复合材料激光烧蚀热的影响

烧蚀热可用于材料抗激光加固性能表征和材料的激光加工效率描述。实验研究了亚音速表面切向空气气流速度和激光功率密度对玻璃纤维/树脂复合材料烧蚀热的影响规律,结果表明,相同气流速度下,烧蚀热在100~500 W/cm2激光功率密度范围内先迅速降低然后趋于稳定,转折点约位于200 W/cm2;相同激光作用下,功率密度较低时,烧蚀热随着气流速度提升而变大,功率密度高于一定值(约200 W/cm2)后,烧蚀热随气流速度提升而降低。分析认为材料内部扩散、热解气体燃烧、残碳氧化放热、辐射能量损失、气流剥蚀等多个因素的竞争是激光能量利用效率变化的原因。     

气流环境中碳纤维/环氧树脂复合材料烧蚀羽烟对激光透射率的影响

研究了气流环境下碳纤维/环氧树脂复合材料激光烧蚀羽烟对透射率的影响。由射流理论得到光学路径长度关系式,由碳纤维/环氧树脂复合材料的激光烧蚀模拟得到羽烟密度及速度关系式,进而利用Lambert-Beer定律得到了羽烟透射率的计算模型。利用模型计算了激光辐照过程中的羽烟透射率,并与实验结果进行比较,验证了模型的合理性。进一步计算了外部参数对激光透射率的影响,计算结果表明,激光辐照开始后,热解区域在表面,烟气易于逸出,透射率快速下降到最低值,随后热解区域内移,由于材料渗透率较低,烟气逸出困难,透射率逐渐回升;激光功率密度越大,最小透射率越低,辐照期间的平均透射率越低;气流速度较大时,整个辐照期间的透射率都较高;总功率一定时,光斑半径越大,最小透射率越高,辐照期间的平均透射率越低。     

激光切割碳纤维复合材料的温度场仿真

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。     

基于高温原位观测的高速风洞内强激光诱导的瞬态破坏行为研究

建立了一种适用于强激光辐照面的高温原位观测方法，并开展了高速风洞内的激光辐照实验，获得了典型金属材料与复合材料在超声速切向气流条件下的瞬态烧蚀与破坏行为；此外，基于Horn-Schunck光流法分析了各典型材料的烧蚀特征与质点的运动速度，基于粒子图像测速法并结合复合材料铺层结构特征获得了瞬时烧蚀速度。研究结果表明，各材料的动态烧蚀行为有很大差异：在切向气流作用下，熔融态钛合金的流动模式从燕尾状转变为羽翼状，而镍基高温合金则呈雨滴状流动。基于Kelvin-Helmholtz机制分析了切向气流作用下不同金属材料击穿时间存在差异的原因。超高温陶瓷复合材料的热化学烧蚀和机械剥蚀特征与编织结构类型密切相关，并且高激光功率密度条件下的抗激光烧蚀性能与碳纤维含量成正比。     

单层碳纤维复合材料激光多向切割的温度场模拟北大核心CSCD

研究了激光切割碳纤维复合材料(CFRP)过程中碳纤维的铺设方向和树脂含量对激光能量传递方向以及切割质量的影响。根据复合材料混合定律设定材料物理参数,建立了碳纤维铺设角度为0°、45°、90°,树脂含量由30%增至50%的单层CFRP三维有限元模型。数值模拟结果表明,激光多向切割单层CFRP时,烧蚀前沿的能量传递方向由激光切割方向主导;随着纤维铺设角度的增大,传递方向的角度增大;稳定切割时能量传递主要沿纤维铺设方向。随着纤维铺设角度的增大,切缝倾角增大,表面碳纤维烧蚀宽度几乎不变,温度场变宽,最高温度降低。切割不同树脂含量单层CFRP时,热影响区宽度和最高温度随树脂含量的增加都呈近似线性变化。与试验结果相比,数值模拟结果中的表面碳纤维被烧蚀宽度的平均误差为10.66%,热影响区宽度的平均误差为13.09%。     

高功率激光辐照CFRP的温度场和应力场的数值分析

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。     

利用激光冲击波检测碳纤维材料中的粘接质量

碳纤维增强复合材料(CFRP)由于具有出色的力学性能而越来越多地受到关注,但是由于对这种材料粘接结构缺乏有效的无损检测方法而导致其应用受到了局限。发展了一种基于激光冲击波的碳纤维增强复合材料粘接质量无损检测方法。对于一个碳纤维增强复合材料粘接结构,当激光作用在样品表面时,会产生一个冲击波在其中传播,冲击波到达样品后表面时会反射一个稀疏波,并在材料内部形成拉伸。在适当的激光强度下,好的粘接质量将不会受影响;而差的粘接质量将会造成损伤。实验过程中,对样品自由面的速度历史进行了测量,该信号可以反映粘接层的内部损伤情况。这一结论也通过对回收样品的激光超声检测得到了证实。这项技术的发展将使未来碳纤维增强复合材料粘接结构的在线检测成为可能。     

激光复合加工碳纤维复合材料热损伤控制的研究现状

碳纤维复合材料由碳纤维和树脂基体两种材料复合而成,因为两者的热性能参数差距较大,直接在空气中进行激光加工碳纤维复合材料会出现如较大的热影响区、纤维膨胀、纤维拔出和切面材料分层等损伤问题,所以在激光加工碳纤维复合材料中,对其热损伤的控制成为关键问题.本文对激光复合加工碳纤维复合材料的国内外研究现状进行综述,重点聚焦在气体...     

碳纤维增强复合材料表面漆层激光清洗工艺研究

研究激光工艺参数对T300碳纤维表面漆层清洗质量的影响规律,采用CO₂激光器对样品进行激光清洗试验。使用形状测量激光显微镜对激光清洗后的样品进行表面粗糙度以及去除厚度的测量,研究激光平均功率、搭接率及扫描次数对清洗质量的影响规律。通过力学性能分析、漆层结合力检测、老化试验、温度检测及金相试验,结果表明：激光平均功率与光斑搭接率过大会对碳纤维表面造成一定损伤。在激光平均功率P=40 W、光斑搭接率δ=65%、扫描次数t=1时,能达到较好的激光清洗质量且不会影响材料本身的力学性能,清洗后的表面状态可达到后续重新涂漆的质量要求。该研究可为激光清洗碳纤维增强复合材料飞机制造领域工程应用提供技术参考。     

真空及大气下激光对复合材料的烧蚀试验对比

激光与物质相互作用受到环境因素的影响。为了研究真空及大气环境下激光对复合材料的烧蚀模式和烧蚀规律,开展了激光辐照碳纤维复合材料对比试验。在不同辐照能量水平下,研究了两种环境中激光对复合材料的烧蚀特征,获得了复合材料瞬态温度响应数据,并对烧蚀样品进行了显微观测。试验结果表明,环境因素的影响与入射激光能量水平紧密相关。在低辐照能量水平下,复合材料表面烧蚀形貌具有差异,但瞬态热响应非常接近。在较高辐照能量水平下,复合材料烧蚀形貌差异较大:在真空环境下复合材料的环氧树脂发生热解和挥发,碳纤维束发生脱层;在大气环境下复合材料的环氧树脂发生明显的氧化反应,碳纤维束轻微脱层。最后,结合样品显微观测结果,分析了真空及大气环境下激光对复合材料烧蚀模式差异的原因,为建立激光烧蚀理论模型提供了参考。     

几种CO2激光切雕机光开关的设计与研究

设计与研究了几种用于CO2激光切雕机的光开关,并对其性能进行了讨论和比较。     

激光威胁与对策

激光威胁主要来自于激光制导、激光雷达和激光测距等激光探测方式。要实现激光安 全,可以通过减小激光在大气中的透过率,降低激光从目标的回波能量,以及通过干扰激光威胁系统对激光信息的处理方式等手段。由于目前多种制导方式的复合利用,实现复合隐身成为当前的一个重要课题。本文分析了激光威胁方式和原理,提出了实现激光安全的途径。     

激光（laser）及其应用

本文概述了激光器的产生过程,以及它在激光通信、激光测量和激光在PCB生产中的应用前景。     

汽缸表面处理的新发展——激光珩磨

介绍了激光在发动机汽缸表面处理中的3个发展阶段:大斑点慢扫描螺旋式激光淬火、小斑点快扫描网纹式激光淬火和激光珩磨,在比较中揭示了激光珩磨的优点。并对激光珩磨的加工方法进行了探讨,从光束特性、加工原理、加工工艺等方面对YAG激光和准分子激光在激光珩磨中的使用作了对比和分析。     

高功率激光器发展趋势

对二氧化碳激光器、HF/DF化学激光器、氧碘化学激光器、光纤激光器、固体激光器、半导体泵浦碱金属激光器等高功率激光系统进行了介绍,并对高功率激光器发展趋势及内在规律进行了讨论。     

激光技术在半导体行业中的应用

激光技术自诞生以来,受到了广泛地关注,并逐步拓展了其应用领域。对激光技术在晶片/芯片加工领域的应用、激光打标技术、激光测试技术以及激光脉冲退火技术(LSA)进行简要的介绍。     

方兴未艾的二极管泵浦的激光晶体材料

简要叙述了半导体激光器现存的一些问题和二极管泵浦固体激光器的特点,评述二极管泵浦激光晶体材料的最新进展。     

美国研制的高能激光武器系统

综述了美国研制的机载、车载和舰载激光武器系统以及地基激光反卫星武器和未来的天基激光武器系统,并给出了武器的性能和有关的技术参数。     

外军激光类防空反导装备发展路线分析

研究了欧美军事强国开展的多项激光类防空反导装备研发和应用转化过程,结合外军发展的典型激光对抗装备的性能及其特点,介绍了国外激光类防空反导装备的发展历程以及装备的研制情况。指出了在现代战争中发展激光类防空反导装备的优势和重要性,分析总结了外军激光类防空反导装备的发展现状和趋势。     

激光制导武器的对抗系统研究

激光制导武器的对抗系统能够于扰、破坏激光制导武器,使其失去攻击目标的能力。给出了激光制导武器的对抗系统的原理、结构和部分性能指标。