随着激光清洗技术在航空航天领域越来越广泛的应用,其机理与工艺相关研究在工业清洗领域有着重大需求。本文针对飞机蒙皮漆层的高效去除问题,采用理论分析、数值模拟和实验相结合的方法,开展纳秒脉冲激光清洗2024铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的数值模拟及实验研究,建立移动纳秒脉冲激光清洗的有限元模型,探究不同激光参数对激光清洗温度场和清洗后基体表面形貌的影响关系。主要研究工作如下:(1)基于激光与材料相互作用机理,分析激光能量在材料中的热传导模型,研究脉冲激光清洗不同厚度漆层所需的激光能量密度的理论模型;基于激光烧蚀理论,辅以热冲击与振动及等离子波冲击波等物理过程,探讨激光与漆层相互作用机理,建立激光清洗区域的理论去除模型,为研究激光参数和扫描参数协同调控及多参数优化模型奠定理论基础。(2)利用COMSOL Multiphysics软件建立移动纳秒脉冲激光清洗2024铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的有限元模型,对清洗过程的温度场和位移场进行可视化模拟分析,研究激光清洗2024铝合金表面漆层的温度场动态分布与表面去除的三维微坑形貌,探究激光工艺参数(扫描速度,光斑搭接率,能量密度)对温度场分布和清洗后基体表面微坑宽度、深度和深宽比的影响规律,为后续实验参数选择提供指导。(3)开展了纳秒脉冲激光清洗系列实验,测试分析了激光清洗后表面的三维形貌、表面粗糙度以及微观形貌变化,探究了激光参数对清洗表面质量的影响,结果表明:当脉冲激光将表面漆层完全去除后,清洗后表面呈微坑状或沟槽形貌,当激光能量密度为15~25 J/cm~2,扫描速度2500 mm/s,重复频率100 kHz,搭接率50%时,基体表面沟槽峰谷高度为35.534~50.234μm,可使再涂装漆膜附着力达到22 MPa以上,可获得良好的符合涂装工艺要求的表面质量。