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论文类型：期刊论文

发表时间：2016-12-28

发表刊物：激光与光电子学进展

期号：04

页面范围：1-15

ISSN号：1006-4125

关键字：激光切割;单层CFRP;同方向切割;丝‐束直径比例;纤维‐树脂两相;

摘要：为了揭示激光切割碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP）时，材料对激光能量的吸收、传递机理，建立了激光沿碳纤维 0°铺设方向切割单根碳纤维紧密排列成一层（即单丝排列）CFRP三维有限元模型。与一般用物性参数平均法将 CFRP 描述为匀质复合材料不同，根据单根碳纤维直径与激光束光斑直径之间的比例（丝-束直径比例，设为 k）分别为 1:1、1:2、1:5，和实际情况中碳纤维-树脂两种材料共存，分别建立了三维的丝-束直径比例模型和纤维-树脂两相模型，由模拟结果的温度场分析激光切割单丝排列碳纤维时的能量的吸收、传递过程。本模型能够有效模拟不同丝-束直径比例关系下，激光切割单丝排列 CFRP 的温度场，用于预测激光切割单层 CFRP 的切缝宽度和热影响区大小。数值模拟表明，丝‐束直径比例 k 减小，切缝宽度从 229.45μm 下降到 95.60μm  ；HAZ 大小从 172.08μm 下降到 156.79μm。试验验证数据与模拟数据曲线拟合基本一致，切缝宽度和 HAZ 误差分别为 5.97%和 1.13%。