CFRP复合材料激光表面清洗的热、力学行为研究
发布时间：2023-04-28 18:07
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)胶接工艺广泛应用于各类航空结构件的制造,而表面清洗是提高复材胶接件强度与性能的有效途径。传统清洗技术对复材表面破坏较大或效率较低,利用脉冲激光能够更加高效和精准地对复合材料进行表面清洗,从而有效提高胶接强度。本文针对CFRP胶接前清洗技术需求,开展了激光清洗复材的工艺实验、激光清洗复材过程模型的建立、激光与复合材料作用的热效应、激光参数对CFRP胶接性能的影响等方面的研究。首先,研究了红外与紫外脉冲激光对CFRP作用机制以及由红外激光引起的CFRP表面树脂的热解气化和碳纤维的烧损机制。针对激光清洗CFRP的主要工艺参数开展正交实验设计,基于实验结果探究激光工艺参数对CFRP母材表面微观结构的影响,进而初步筛选出较为适合胶接前清洗的三组工艺参数。包括:第一组,红外激光表面清洗工艺参数:扫描速度9000mm/s,激光功率25.9W,脉冲频率50kHz;第二组,紫外激光部分清洗工艺参数组合:扫描速度500mm/s,激光功率13.6W,脉冲频率30kHz;第三组,紫外激光全清洗工艺参数组合:速度300mm/s,激光功率13.6W,脉冲频率30kHz。其次,针...
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 国内外研究概况
1.2.1 脉冲激光对材料表面作用研究现状
1.2.2 激光对复合材料作用仿真研究现状
1.3 本课题主要研究内容及结构
第二章 CFRP的激光表面清洗实验研究
2.1 脉冲激光CFRP表面清洗原理
2.1.1 红外脉冲激光CFRP表面清洗原理
2.1.2 紫外脉冲激光CFRP表面清洗原理
2.2 红外与紫外脉冲激光CFRP表面清洗实验
2.2.1 实验材料及实验仪器
2.2.2 红外脉冲激光CFRP表面点扫描实验
2.2.3 红外脉冲激光CFRP表面清洗实验
2.2.4 紫外脉冲激光CFRP表面清洗实验
2.3 CFRP激光表面清洗实验表面形貌测试与结果分析
2.3.1 微观形貌与粗糙度测试
2.3.2 激光点烧蚀表面形貌结果分析
2.3.3 激光清洗CFRP表面形貌结果分析
2.3.4 紫外激光清洗CFRP表面形貌结果分析
2.3.5 表面粗糙度分析
2.4 本章小结
第三章 激光清洗CFRP过程计算模型建立
3.1 激光清洗CFRP物理模型的建立
3.1.1 CFRP几何模型的建立
3.1.2 热传导方程和定解条件
3.1.3 质量守恒与能量守恒
3.1.4 边界条件
3.2 复合材料对激光的吸收和热分解
3.3 激光清洗CFRP温度场模型
3.3.1 脉冲红外激光点烧蚀复合材料模型
3.3.2 脉冲红外激光线清洗复合材料模型
3.3.3 热物性参数
3.4 本章小结
第四章 CFRP在激光清洗中的温度场仿真分析
4.1 激光清洗CFRP三维温度场模型的仿真求解
4.1.1 红外脉冲激光点烧蚀CFRP的模拟计算
4.1.2 红外脉冲激光线清洗CFRP的模拟计算
4.2 激光参数对复合材料温度场的影响
4.2.1 扫描速度对温度场的影响
4.2.2 激光功率对温度场的影响
4.3 基于激光扫描路径的温度场在空间上的分布特征
4.4 本章小结
第五章 激光清洗对CFRP胶接力学性能影响研究
5.1 激光辐照过程中的力学效应
5.2 激光处理后的CFRP胶接实验及分析
5.2.1 胶接实验
5.2.2 胶接强度测试
5.3 激光参数对CFRP胶接力学性能的影响
5.3.1 CFRP胶接接头破坏模式分析
5.3.2 激光能量密度对CFRP胶接力学性能的影响
5.3.3 激光波长对CFRP胶接力学性能的影响
5.4 接触角测量及表面自由能计算
5.4.1 接触角的测量
5.4.2 通过接触角计算表面自由能
5.4.3 表面接触角及自由能计算结果分析
5.5 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
本文编号：3804207
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 国内外研究概况
1.2.1 脉冲激光对材料表面作用研究现状
1.2.2 激光对复合材料作用仿真研究现状
1.3 本课题主要研究内容及结构
第二章 CFRP的激光表面清洗实验研究
2.1 脉冲激光CFRP表面清洗原理
2.1.1 红外脉冲激光CFRP表面清洗原理
2.1.2 紫外脉冲激光CFRP表面清洗原理
2.2 红外与紫外脉冲激光CFRP表面清洗实验
2.2.1 实验材料及实验仪器
2.2.2 红外脉冲激光CFRP表面点扫描实验
2.2.3 红外脉冲激光CFRP表面清洗实验
2.2.4 紫外脉冲激光CFRP表面清洗实验
2.3 CFRP激光表面清洗实验表面形貌测试与结果分析
2.3.1 微观形貌与粗糙度测试
2.3.2 激光点烧蚀表面形貌结果分析
2.3.3 激光清洗CFRP表面形貌结果分析
2.3.4 紫外激光清洗CFRP表面形貌结果分析
2.3.5 表面粗糙度分析
2.4 本章小结
第三章 激光清洗CFRP过程计算模型建立
3.1 激光清洗CFRP物理模型的建立
3.1.1 CFRP几何模型的建立
3.1.2 热传导方程和定解条件
3.1.3 质量守恒与能量守恒
3.1.4 边界条件
3.2 复合材料对激光的吸收和热分解
3.3 激光清洗CFRP温度场模型
3.3.1 脉冲红外激光点烧蚀复合材料模型
3.3.2 脉冲红外激光线清洗复合材料模型
3.3.3 热物性参数
3.4 本章小结
第四章 CFRP在激光清洗中的温度场仿真分析
4.1 激光清洗CFRP三维温度场模型的仿真求解
4.1.1 红外脉冲激光点烧蚀CFRP的模拟计算
4.1.2 红外脉冲激光线清洗CFRP的模拟计算
4.2 激光参数对复合材料温度场的影响
4.2.1 扫描速度对温度场的影响
4.2.2 激光功率对温度场的影响
4.3 基于激光扫描路径的温度场在空间上的分布特征
4.4 本章小结
第五章 激光清洗对CFRP胶接力学性能影响研究
5.1 激光辐照过程中的力学效应
5.2 激光处理后的CFRP胶接实验及分析
5.2.1 胶接实验
5.2.2 胶接强度测试
5.3 激光参数对CFRP胶接力学性能的影响
5.3.1 CFRP胶接接头破坏模式分析
5.3.2 激光能量密度对CFRP胶接力学性能的影响
5.3.3 激光波长对CFRP胶接力学性能的影响
5.4 接触角测量及表面自由能计算
5.4.1 接触角的测量
5.4.2 通过接触角计算表面自由能
5.4.3 表面接触角及自由能计算结果分析
5.5 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
本文编号：3804207
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3804207.html
