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碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)是一种以碳纤维作为增强材料、树脂作为基体材料的复合材料,具有比强度高、比模量高、设计先进性、抗疲劳特性良好及抗震性能好等优良的性能特点,在航空航天、汽车、土木工程等诸多领域有越来越广泛的应用。激光切割加工作为一种高效率、柔性强的材料加工方法对实现碳纤维复合材料的高效高质加工具有重要意义。区别于各向同性材料,激光切割过程中的多种激光加工参数以及碳纤维复合材料的多种铺设角度,对激光切割质量具有较为复杂的影响。本文在本课题组单层CFRP激光切割模拟的基础上,针对双层多角度碳纤维复合材料的激光切割质量问题,从模拟和实验两方面,分析双层CFRP层内及层间能量传递过程与特点,对切割区域切口特点进行研究。(1)为研究双层CFRP激光切割的热传递过程,基于ANSYS有限元分析软件,建立了CFRP双层匀质模型,进行双层CFRP激光切割过程的模拟,得到切割过程的温度场分布。并在扫描线方向、垂直于扫描线方向以及材料厚度方向分别提取特征点温度曲线,分析激光作用过程能量传递过程。表层的碳纤维铺设角度对激光作用下材料达到的最高温度起决定作用。通过热电偶在激光切割时直接测量扫描线附近热影响区(Heat Affected Zone,HAZ)位置的温度,对模拟温度场进行有效性验证。最后根据模拟温度场分布,对六种角度组合的双层CFRP激光切割热影响区宽度进行预测,得到与样件实际热影响区宽度较为贴合的温度场热影响区宽度预测值。(2)开展光纤激光切割双层CFRP工艺实验,通过超景深显微镜、三维表面轮廓仪等观测分析不同激光功率、激光扫描速度、离焦量、辅助气体压力等激光加工参数以及多种双层CFRP碳纤维铺设方向对切割质量的影响规律,从切缝宽度、切缝锥角、表面热影响区宽度、层内及层间热影响区分布、裂纹产生以及表面粗糙度等方面表征双层CFRP的激光切割质量,截面热影响区分布与模拟截面温度场分布相近。找到改善切割区域质量,减小热影响区的同时减少裂纹产生的方法。(3)在光纤激光直线切割双层CFRP的基础上,研究方孔与圆孔的切割工艺,分析方孔与圆孔的尺寸精度以及热影响区分布情况。通过激光参数调节以及尺寸插补的方式,减小激光切割热影响区宽度,改善方孔及圆孔边界的切割质量,提高方孔及圆孔的尺寸精度。实现薄CFRP激光加工出质量较好的直线、方孔及圆孔,并为激光切割厚CFRP提供相应的实验依据及加工基础研究。