文档名：飞秒激光切割CFRP质量实验及模拟研究
摘要：为了探究飞秒激光切割碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的主要影响因素,采用控制变量法探究了不同能量密度和光斑重叠率对热影响区宽度、表面粗糙度及切缝锥度的影响规律,基于双温方程,采用时间差分法模拟了飞秒激光与碳纤维相互作用时电子-晶格的温度场演变过程.实验结果显示:在脉冲频率不变条件下,提高激光功率可使切缝热影响区宽度增加,粗糙度及切缝锥度加大,切割质量下降;在固定激光功率并单一提升脉冲频率条件下,切割质量随脉冲频率增加而降低并趋于饱和.模拟结果显示:能量密度越大,电子和晶格的平衡温度越高,达到热平衡所用的时间越长,热效应越明显.分析指出光斑重叠率和脉冲能量密度是影响加工质量的两个重要因素,激光功率及脉冲频率的改变可改变脉冲能量密度和光斑重叠率,间接影响加工质量.
Abstract：Inordertoexplorethemaininfluencingfactorsoffemtosecondlasercuttingofcarbonfiberreinforcedresinmatrixcomposites(CFRP),theinfluenceofdifferentenergydensitiesandspotoverlapratesonthewidthoftheheataffectedzone,surfaceroughness,andslittaperwasinvestigatedusingthecontrolledvariablemethod.Basedonthedualtemperatureequation,thetemperaturefieldevolutionprocessoftheelectronlatticeduringtheinteractionbetweenfemtosecondlaserandcarbonfiberwassi-mulatedusingthetimedifferencemethod.Theexperimentalresultsshowthatundertheconditionofconstantpulsefrequency,increasinglaserpowercanincreasethewidthoftheheataffectedzoneofthecuttingseam,increasetheroughnessandtaperofthecuttingseam,anddecreasethecuttingquality;Undertheconditionoffixedlaserpowerandasingleincreaseinpulsefrequency,thecuttingqualitydecreasesbuttendstosaturateasthepulsefrequencyincreases.Thesimulationresultsshowthatthehighertheenergydensity,thehighertheequilibriumtemperatureofelectronsandlattice,thelongerittakestoreachthermalequilibrium,andthemoreobviousthethermaleffect.Theanalysispointsoutthattheoverlaprateoflightspotsandthepulseenergydensityaretwoimportantfactorsaffectingthepro-cessingquality.Variationsinlaserpowerandpulsefrequencycanchangethepulseenergydensityandoverlaprateoflightspots,indirectlyaffectingtheprocessingquality.
作者：张王艺 张寰臻 李超 张都Author：ZHANGWangyi ZHANGHuanzhen LIChao ZHANGDu
作者单位：河北工程大学数理科学与工程学院,河北邯郸056038
刊名：河北工程大学学报（自然科学版） ISTIC
Journal：JournalofHebeiUniversityofEngineering(NaturalScienceEdition)
年，卷(期)：2024, 41(3)
分类号：TN249
关键词：飞秒激光 CFRP 双温模拟 切割
Keywords：femtosecondlaser CFRP two-temperaturesimulation cutting
机标分类号：TB332TG445TN249
在线出版日期：2024年7月4日
基金项目：国家自然科学基金，邯郸市科学技术研究与发展计划项目，河北工程大学创新基金项目飞秒激光切割CFRP质量实验及模拟研究[
期刊论文] 河北工程大学学报（自然科学版）--2024, 41(3)张王艺 张寰臻 李超 张都为了探究飞秒激光切割碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的主要影响因素,采用控制变量法探究了不同能量密度和光斑重叠率对热影响区宽度、表面粗糙度及切缝锥度的影响规律,基于双温方程,采用时间差分法模拟了飞秒激光与碳纤...参考文献和引证文献
参考文献
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