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碳纤维增强聚合物（CFRP）激光切割的参数研究及纤维取向对切割质量的影响
摘要： 采用2千瓦光纤激光器对碳纤维增强复合材料（CFRP）进行激光切割。研究详细分析了不同激光加工参数对CFRP切割的影响，主要选取激光功率（瓦）、扫描速度（毫米/分钟）、气体压力（巴）和占空比（%）作为工艺参数，以平均切缝宽度和热影响区（HAZ）作为输出参数。实验中沿垂直于纤维方向（90o）进行切割，并通过扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）分析切缝质量、基体熔化、纤维拔出及热影响区内的基体汽化现象。当参数设置为800瓦、600毫米/分钟、3巴和25%占空比时，获得最小约184微米的切缝宽度，此时对应的热影响区约为1561微米。切缝宽度与热影响区随激光功率、气体压力和占空比的增加而直接增大，但随扫描速度提升而减小。SEM图像证实该切割工艺产生的纤维边缘基本无毛刺。研究发现基体回缩和分层（纤维拔出）是CFRP激光切割过程中的主要质量缺陷。
关键词： 纤维分层、基体熔化、热影响区、激光切割、纤维固结、切缝宽度、碳纤维增强复合材料
更新于2025-11-28 14:24:20
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铺层角度偏差对复合材料空间镜面外变形的影响
摘要： 为研究铺层角度偏差的影响，基于蒙特卡洛随机有限元法和统计分析等数值方法，对六种施加固定或随机角度偏差的对称准各向同性铺层序列进行了研究。尽管空间反射镜采用对称准各向同性铺层序列，但由于铺层角度偏差，在温度变化作用下仍会出现面外变形。其中面外变形的一种类型——表面峰谷值（PV）与固定角度偏差的大小成正比，而PV平均值也与随机角度偏差的标准差成正比。由两层铺层角度偏差导致的面外变形间接满足平行四边形法则，若各层铺层角度偏差相互独立随机，则其概率密度符合瑞利分布。本文发现：提高空间反射镜表面精度的最有效方法是降低角度偏差的标准差，其次是减小铺层厚度和优化铺层序列，这对空间反射镜应用具有重要价值。
关键词： 瑞利分布、多尺度连续有限元法、面外变形、反射镜、碳纤维增强复合材料
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于激光阵列扫描热成像技术（LAsST）的碳纤维增强复合材料层压板亚表面缺陷检测
摘要： 采用激光阵列扫描热成像技术（LAsST）检测碳纤维增强复合材料（CFRP）的亚表面缺陷。制备了一系列CFRP底面平底孔（BFHs）用于LAsST检测。运用截断伪静态矩阵重建（TC-PSMR）方法对热响应信号进行重建，通过快速傅里叶变换（FFT）、主成分分析（PCA）和偏最小二乘回归（PLSR）处理热响应信号，分别形成FFT图像、PCA图像和PLSR图像。计算缺陷的信噪比（SNRs），以此评估不同后处理算法的缺陷检测能力。实验结果表明：基于FFT相位的图像与PLSR图像具有更高的信噪比，FFT幅值图像和PLSR图像能准确表征缺陷尺寸。
关键词： 快速傅里叶变换、激光阵列扫描热成像、偏最小二乘回归、碳纤维增强复合材料
更新于2025-09-23 15:19:57
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采用CO?激光加工钛/碳纤维增强复合材料/钛叠层材料时孔质量的探究
摘要： 本研究探讨了采用CO?激光加工钛（Ti）与碳纤维增强塑料（CFRP）叠层材料（Ti/CFRP/Ti）的可加工性。重点分析了线能量和激光频率对热影响区（HAZ）、锥角（TA）、金属-复合材料界面（MCI）损伤、表面粗糙度、毛刺高度及圆度等输出响应的影响。其中线能量作为最关键参数呈现阈值特性——低于特定线能量时未观察到钻孔现象。通过扫描声学显微镜（SAM）、扫描电子显微镜（SEM）、微计算机断层扫描（μ-CT）等成像技术，建立了激光参数与Ti/CFRP/Ti叠层材料CO?激光加工损伤的关联规律。结果表明：采用较高频率配合较低线能量可显著提升孔质量；而使用较高线能量则能获得无毛刺且锥度最小的孔洞。
关键词： 表面粗糙度、圆度、显微硬度、二氧化碳激光器、熔渣高度、热影响区、钻孔、钛/碳纤维增强复合材料/钛（Ti/CFRP/Ti）、MCI损伤因子、TA
更新于2025-09-23 15:19:57
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XXX. 计量技术研讨会 || 激光切片法测量碳纤维预成型体几何形状的测量不确定度模拟
摘要： 利用激光切片法可以获取纤维增强塑料生产中碳纤维预成型体的几何形状。每条轮廓线上每个三角化几何点的测量不确定度既取决于纺织半成品的表面特性，也取决于所使用的成像组件以及评估和校准算法。本文描述了一种用于确定可达测量不确定度的激光切片法模拟。通过蒙特卡洛模拟改变所有采集到的不确定度分量并评估其对测量不确定度的贡献，从而评估该方法对碳纤维预成型体表面缺陷检测的适用性。
关键词： 激光切割法，碳纤维增强复合材料，仿真，测量不确定度，光学坐标测量技术
更新于2025-09-16 10:30:52
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利用光纤传感器开发卫星智能结构
摘要： 在本开发中，首先为通过地面试验验证太空热环境下太阳能电池板的热结构设计，开发了基于光纤传感器的健康评估方法。该方法证实了光纤传感器可检测低温环境下因基板凹陷变形导致的面板内部损伤。随后应用该技术，为减少传感器拆装工序并缩短试验周期，开展了光纤传感器一体化卫星结构"智能热结构"的研发?？⒘斯庀宋露却衅?，试制了配备数十个温度传感器和应变传感器的实验模型并验证其可制造性。利用该实验模型实施热真空试验与四点弯曲试验，证明其温度与应变测量精度与传统传感器相当。此外，在智能热结构搭载的电子设备内部元件上安装温度传感器进行动作试验，成功测量了传统方法无法获取的狭小区域温度。这些结果表明智能热结构具有可行性。
关键词： 碳纤维增强复合材料、应变、温度、多点测量、智能结构、卫星、光纤传感器、损伤检测
更新于2025-09-16 10:30:52
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切向气流边界层涡流引起的碳纤维增强复合材料激光烧蚀中心偏移
摘要： 本研究建立了连续波激光作用下切向气流诱导碳纤维增强聚合物（CFRP）氧化烧蚀的模型，模拟了气流流体及边界层内氧气的扩散过程。数值预测表明：烧蚀坑中心会偏离激光光斑中心，并随着烧蚀时间延长逐渐从上游区域向下游区域移动，该结果已通过激光烧蚀实验验证。当烧蚀坑达到足够深度时，气流中会出现涡流，这种因烧蚀坑内循环流动导致的显著氧质量输运变化。基于该模型，研究分析了气流速度、激光功率密度及光斑半径对偏移量的影响。本研究成果可为激光加工与激光损伤应用提供参考依据。
关键词： 氧化烧蚀、碳纤维增强复合材料、连续波激光、切向气流
更新于2025-09-16 10:30:52
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结合模糊算法与遗传算法优化两步激光连接工艺制备的混合复合材料-聚合物接头
摘要： 本研究结合遗传算法与模糊逻辑，对采用两步激光连接工艺获得的混合复合材料-聚合物接头的剪切强度进行建模与优化。该工艺第一步采用30瓦纳秒激光对碳纤维增强聚合物（CFRP）层压板进行表面处理（清洁），此阶段可去除CFRP表层基体材料并在固定工艺参数条件下实施；第二步采用二极管激光通过激光辅助直接连接（LADJ）技术将CFRP与聚碳酸酯（PC）板材接合。实验依据实验设计（DOE）方法制定试验方案，通过改变激光功率与激光能量开展研究。为验证清洁效果，采用相同工艺参数对未经处理的层压板也进行了连接测试。采用方差分析（ANOVA）检测工艺参数的统计影响。结果表明激光处理与工艺参数均对接头性能产生显著影响。随后建立基于模糊逻辑与遗传算法组合的不确定性模型，用于寻找能在最低不确定度水平下实现最大接头强度的最优工艺参数组合。该方法特别适用于评估工艺参数变化对模型精度及工艺稳定性的影响程度。
关键词： 遗传算法、碳纤维增强复合材料、激光清洗、激光连接、混合接头、模糊逻辑
更新于2025-09-16 10:30:52
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纤维激光加工碳纤维增强复合材料层压板在高温下的全场应变分析与强度预测
摘要： 高功率光纤激光器被证明能够高效切割碳纤维增强塑料（CFRP）层压板，但其加工质量对力学性能的影响尚未完全明确。本文研究了高达220°C的高温对光纤激光加工的开孔单向CFRP层压板拉伸强度退化及应变分布的影响。首先采用差示扫描量热法（DSC）测定聚合物基复合材料的玻璃化转变温度（Tg），随后运用数字图像相关技术评估开孔CFRP层压板在拉伸载荷下的全场应变分布及裂纹扩展/演化情况。结果表明：当工作温度超过100°C时，激光加工CFRP层压板的拉伸强度显著下降；中心孔周围的应变值与升温幅度及载荷水平高度相关；在180°C高温下，层间分离是CFRP层压板的主要失效模式。最后基于回归分析建立了评估高温环境下激光加工CFRP层压板拉伸性能的半经验模型。
关键词： 数字图像相关法、激光切割、力学行为、应变分布、碳纤维增强复合材料
更新于2025-09-16 10:30:52
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利用激光测振技术研究碳纤维增强复合材料低能量冲击损伤的稳定性
摘要： 对小厚度复合材料进行无损质量控制是一个重要的科学技术问题，因为即使受到轻微冲击载荷也会对材料造成显著损伤。研究人员考察了1毫米厚碳纤维增强复合材料在高达10焦耳冲击能量下的损伤稳定性，特别重点分析了通过1至5焦耳范围内递增和递减能量连续冲击所形成缺陷的"可见"区域。通过声激励产生的复合材料表面振动图像以及激光振动扫描技术，对缺陷指示区域进行了评估。
关键词： 扫描式激光测振法、无损检测、冲击损伤、碳纤维增强复合材料
更新于2025-09-12 10:27:22