亚音速切向气流下连续激光对玻璃纤维增强树脂基复合材料的穿孔效应

作者：陈庚; 唐杰; 周义青; 潘云香^*; 张宏超^*; 李泽文; 沈中华; 陆健

来源：中国激光, 2023, 50(14): 22-29.

• 激光光学
• 激光损伤
• 连续激光
• 玻璃纤维增强树脂基复合材料
• 切向空气流
• 穿孔效应

采用波长为1070 nm的连续激光对亚音速切向空气流下玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)的穿孔效应进行了研究。通过实验研究了功率密度(848～1556 W/cm2)和切向气流流速(0～1个马赫数)对穿孔形貌、穿孔点温度和穿孔时间的影响。结果表明：切向气流流速为0.5个马赫数(Ma)时靶材穿孔时间随功率密度的增加而减小，最大减小了46%；功率密度为848 W/cm2时穿孔时间随气流流速的增加呈先减小后增加的规律，与无气流(0 Ma)时相比，最大仅减小8%。激光功率密度的增加加速了热解气体的产生，使得孔隙压力升高，促进了靶材的剥蚀。切向空气流对作用过程的影响主要包括：降低树脂基体热解所产生的残炭含量，进而改变靶材吸收方式；产生切向剪切力，加速靶材的力学剥蚀；加速对流换热，降低靶材表面温度。当切向气流速度较小(≤0.4 Ma)时，切向气流的作用主要是促进树脂热解，降低残炭含量，转变靶材吸收方式；当切向空气流速较大(0.8～1.0 Ma)时，气流的冷却作用表现得较为明显。

• 单位
  南京理工大学