【技术实现步骤摘要】
一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法
本专利技术涉及激光毁伤效应研究领域，具体涉及一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法，用于计算高能激光毁伤碳纤维靶材实时温度场和烧穿时间。
技术介绍
近年来，高能激光武器毁伤无人机等目标已经成为一个研究的热点，其中，激光毁伤的数值计算在激光武器摧毁无人机的战前预估和战时监测具有十分重要的作用。国内外对于激光辐照靶材的研究主要针对金属壳体进行研究，对于纤维增强复合材料特别是激光辐照碳纤维复合材料的研究还较少，而无人机所用的材料主要由碳纤维复合材料组成。碳纤维复合材料主要有碳纤维和树脂基体组成，碳纤维是复合材料的主要承载相，树脂基体与复合界面主要起均布载荷和传递载荷的作用。在高功率密度激光辐照下，树脂基体会在低温下发生热解，燃烧，汽化和烧蚀。碳纤维属于无机纤维，在高温下易发生氧化，汽化等现象。这些特性都会使复合材料的结合性能降低，进而导致复合材料弹性模量和机械性能的下降。并且，树脂基体材料的热解造成的质量损失，以及复合材料由于温度场产生热应力的存在会导致碳纤维复合材料及其结构提前破坏。碳纤维...
【技术保护点】
1.一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：根据碳纤维靶材形状等厚分层，划分成若干个网格单元；/n步骤2：令激光作用时间t＝0，设定时间间隔Δt，基于当前碳纤维靶材的热物理参数，对所有的网格单元施加初始条件和边界条件；/n步骤3：令t＝t+Δt，求取碳纤维靶材中所有网格单元的各向异性材料三维热传导瞬态方程，计算经过时间t后碳纤维靶材的温度场T(x，y，z，t)；/n步骤4：根据步骤3得到的温度场T(x，y，z，t)，判断是否存在温度超过碳纤维靶材的汽化阈值温度T
【技术特征摘要】
1.一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据碳纤维靶材形状等厚分层，划分成若干个网格单元；
步骤2：令激光作用时间t＝0，设定时间间隔Δt，基于当前碳纤维靶材的热物理参数，对所有的网格单元施加初始条件和边界条件；
步骤3：令t＝t+Δt，求取碳纤维靶材中所有网格单元的各向异性材料三维热传导瞬态方程，计算经过时间t后碳纤维靶材的温度场T(x，y，z，t)；
步骤4：根据步骤3得到的温度场T(x，y，z，t)，判断是否存在温度超过碳纤维靶材的汽化阈值温度Tmax的网格单元，若不存在，则根据当前碳纤维靶材环境温度更新热物理参数并重置初始条件和边界条件，再执行步骤3；若存在，则利用元序剥离法将温度超过汽化阈值温度Tmax的网格单元剥离，并将该网格单元对应的边界条件加载到下一层网格单元上，再执行步骤5；
步骤5：遍历所有网格单元，判断是否存在下一层网格单元，若存在，则根据当前碳纤维靶材的温度更新热物理参数并重置初始条件和边界条件，再执行步骤3；若不存在，则当前时间和温度场即为激光烧蚀碳纤维靶材的特征参数。
2.根据权利要求1所述的一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法，其特征在于，步骤2中，对所有网格单元施加初始条件和边界条件，包括以下步骤：
步骤2.1：利用激光到达碳纤维靶材表面的超高斯激光光束能量分布函数F(x，y)与碳纤维靶材对该波长的激光的吸收率A，计算碳纤维靶材的吸收超高斯激光光束能量分布函数G(x，y)；
步骤2.2：基于碳纤维靶材的各向异性材料三维热传导瞬态方程、热物理参数和吸收超高斯激光光束能量分布函数G(x，y)，对所有网格单元施加初始条件和边界条件。
3.根据权利要求2所述的一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法，其特征在于，步骤2.1中，超高斯激光光束能量分布函数F(x，y)和吸收超高斯激光光束能量分布函数G(x，y)的表达式如下：
G(x，y)＝AF(x，y)
式中，Q0表示激光功率密度，t表示激光作用时间，t0表示激光脉冲的时间宽度，r表示碳纤维靶材上任一点到激光光斑中心的距离，r0表示激光束腰半径，ε、γ分别表示激光光束时空集中度的时间分布和空间分布，A表示碳纤维靶材对所述激光的吸收率。
4.根据权利要求1所述的一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法，其特征在于，在笛卡尔坐标系下，碳纤维靶材的各向异性材料三维热传导瞬态方程表达式如下：
式中，x、y、z分别表示空间坐标系中的x、y、z轴方向，kx...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨春平，邓湘奇，李伟，韦炎斌，孔轩，段志伟，周方方，彭真明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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