激光照射复合材料损伤的ANSYS数值模拟研究

"该文是2012年同济大学学报自然科学版的一篇论文，作者贺鹏飞和钱江佐，主要探讨激光对纤维增强复合材料的损伤效应及其数值模拟。研究通过ANSYS有限元软件分析了激光作用下复合材料的温度场、热应力场及烧蚀损伤的动态过程，并深入研究了激光参数和材料参数（如功率密度、热导率）对这些过程的影响。结果显示，考虑材料细观结构的模型在模拟复合材料破坏方面优于传统均匀化模型。关键词包括复合材料、细观结构、温度场、烧蚀和数值模拟。" 本文主要关注的是激光与复合材料相互作用时导致的材料损伤问题。复合材料，尤其是纤维增强复合材料，由于其轻质高强的特性，在航空航天等领域有着广泛应用。然而，这种材料在受到激光照射时，可能会遭受严重的热损伤和结构破坏。论文采用ANSYS这一强大的有限元分析工具，对这一复杂现象进行了数值模拟。 首先，作者在模型中考虑了复合材料的细观结构，这是非常关键的一点。复合材料通常由不同材料的层叠或交织组成，其内部结构对热传递和应力分布有显著影响。通过考虑这些细节，可以更准确地预测材料的响应。 其次，研究的重点在于激光参数如何影响复合材料的损伤程度。激光的功率密度是决定材料受热程度和烧蚀速率的关键因素，而材料的热导率则决定了热量在材料内部的传播速度和分布。通过调整这些参数，研究人员可以模拟出不同条件下材料的损伤状态。 此外，论文还详细研究了温度场、热应力场以及烧蚀损伤随时间的变化。这些变化对于理解材料的破坏机制至关重要。例如，高温可能导致材料内部产生热应力，从而引起裂纹的形成和扩展；而烧蚀则是材料表面因高温蒸发或化学反应造成的物质损失，这会影响材料的整体结构稳定性。 最后，作者指出考虑细观结构的模型在模拟复合材料破坏方面具有优势。与传统的均匀化模型相比，这种方法更能捕捉到材料内部的非均匀性，从而提供更真实的预测结果。 这篇论文的贡献在于提供了理解和预测激光对复合材料损伤的理论工具，对于优化材料设计、防护措施以及激光加工技术的改进都具有重要的指导意义。它也强调了在研究这类问题时考虑材料微观结构的重要性，这对于未来的研究工作具有启示作用。