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单层碳纤维复合材料激光多向切割的温度场模拟

发布时间:2018-04-02 18:19

  本文选题:激光技术 切入点:激光切割 出处:《激光与光电子学进展》2017年11期


【摘要】: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%。
[Abstract]:The effects of laying direction and resin content of carbon fiber on laser energy transfer direction and cutting quality during laser cutting of carbon fiber composites (CFRPs) were studied.According to the mixing law of composite materials, a three-dimensional finite element model of single-layer CFRP is established, in which the angle of carbon fiber laying is 0 掳~ 45 掳~ 90 掳and the resin content increases from 30% to 50%.The numerical simulation results show that the energy transfer direction of ablation front is dominated by laser cutting direction, and the angle of transfer direction increases with the increase of fiber laying angle.The energy transfer is mainly along the direction of fiber laying during stable cutting.With the increase of the fiber laying angle, the slit angle increases, the ablation width of the surface carbon fiber is almost unchanged, the temperature field becomes wider, and the maximum temperature decreases.When the monolayer CFRP was cut with different resin content, the width and maximum temperature of the heat-affected zone changed linearly with the increase of resin content.Compared with the experimental results, the average error of the ablated width of the surface carbon fiber in the numerical simulation is 10.66, and the average error of the width of the heat-affected zone is 13.09.
【作者单位】: 大连理工大学机械工程学院;
【基金】:国家自然科学基金(51375073,51321004)
【分类号】:TN249

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本文编号:1701551

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