随着激光和复合材料的蓬勃发展,在国防、工业、医疗等领域中都涉及到激光和纤维复合材料的相互作用问题。特别是随着激光脉冲变短、功率变强、加工尺度变小、精度需求不断提高,激光与复合材料的相互作用呈现微观化、复杂化等趋势,宏观的处理已经不能满足要求,因而直接从细观尺度分析材料不均匀性对辐照效应的影响是很有必要的。本文在总结归纳激光与物质相互作用原理的基础上,结合纤维复合材料的特点,建立了描述纤维复合材料细观结构受激光辐照后加热、相变、产物飞散的物理模型。采用Fortran和APDL(ANSYS Parameter Design Language)编写程序,对模型进行分析计算,主要研究了纤维复合材料细观结构在激光辐照下的热-力学响应及其对材料宏观辐照效应的影响。根据材料组元性质差异的大小和纤维束的排布情况,将细观模型分为单纤维束横布、单纤维束竖布、双纤维束和四纤维束模型。采用热焓法和ANSYS“生死单元”技术模拟得到了不同模型的烧蚀形态、温度场、应力场和质量烧蚀率,以此为基础分析了不同组元间能量流动的路径和相互作用的特点。结果表明,在辐照面附近能量从基体流入纤维束,在深层则相反;质量烧蚀率随纤维束占辐照面比例的增减而呈现相反的变化;热软化致使最大应力区域偏离最大应变位置。通过模拟不同激光强度下的辐照效应,从烧蚀形态、温度场和质量烧蚀率等方面讨论了激光参数对辐照效应的影响。结果表明,光强越大组元不均匀性影响越大;在考虑的光强范围内(108~1010W/m2),质量烧蚀率近似和光强成正比;纤维束在辐照过程中起“热泵”的作用,调节基体的烧蚀能耗,光强越小效果越明显。通过分析产物效应,模拟得到了产物飞散后的空间分布和状态参数;通过分析产物气体吸收截面,考虑了产物对后续辐照效应的影响。结果表明,产物飞散导致冲击波在环境气体中传播;飞散产物的影响主要是对靶材的保温效应,对激光的反作用可以忽略。为了探讨细观结构对材料宏观辐照效应的影响,总结了细观结构激光辐照效应的特点,提出了整体采用宏观模型、关键部位采用细观模型进行校验的分析思路。以细观模型为基础,对推导宏观模型参数的混合法的适用性进行了分析,结果表明,光强越大、组分性质越相近、组分比例越小,混合法则的适用性越好。