一种脉冲激光烧蚀碳/碳复合材料有限元模拟方法技术

本发明专利技术一种脉冲激光烧蚀碳/碳复合材料有限元模拟方法属于复合材料特种加工领域，涉及一种脉冲激光烧蚀碳/碳复合材料有限元模拟方法。该方法基于ANSYS APDL软件建立碳/碳复合材料三维异质几何模型，定义两种材料参数分别赋予基体和纤维，对模型网格划分并设置求解器和边界条件。施加激光热流密度载荷进行瞬态热分析求解，利用生死单元技术分别去除超过各自升华温度的基质和纤维单元，虑及相邻脉冲之间的热量累积，结合重启动法和APDL命令流完成激光在裸露不规则表面上的加载。实现随着激光作用材料的及时去除，得到碳/碳复合材料的烧蚀形貌及温度分布。该方法有效减少试错实验、降低实验成本，对碳/碳复合材料栅极的激光精密制造具有重要参考意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料特种加工领域，涉及一种脉冲激光烧蚀碳/碳复合材料有限元模拟方法。

技术介绍

1、离子推力器是实现航天器在微重力太空中调姿、变轨等功能的核心部件，其工作原理是利用电能将推进剂电离，由栅极组件将离子引出并聚焦加速从而产生推力，具有推力小、比冲高、寿命长等特点。随着离子推力器性能要求的不断提高，栅极组件在高束流密度和高比冲下具备更好的热稳定性和耐溅射能力的需求显得愈加迫切。碳/碳复合材料具有密度低、机械强度高、热膨胀系数低、离子溅射率低等优异特点，是一种理想的栅极材料。然而碳/碳复合材料硬度高、脆性大且各向异性，属于典型的难加工材料，激光加工技术因其非接触加工、适用于各种难加工材料、高灵活性等优点，是该类碳/碳复合材料栅极精密制造有效手段。

2、在航天器应用中的碳/碳复合材料大多具有极高的价值，利用有限元模拟激光加工可以减少试错性实验，节省大量的人力物力资源。而且碳/碳复合材料激光烧蚀机理的许多未知因素尚未被揭示，仅依靠实验和测试设备无法准确地把握激光加工时材料内部的形貌演变和温度变化，为此通过有限元模拟加工过程中的热物理变化成本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种脉冲激光烧蚀碳/碳复合材料有限元模拟方法，其特征在于，该方法基于ANSYSAPDL软件建立碳/碳复合材料三维异质几何模型，定义两种材料参数分别赋予基体和纤维，对模型进行网格划分并设置求解器和边界条件，施加激光热流密度载荷进行瞬态热分析求解，利用生死单元技术分别去除超过各自升华温度的基质和纤维单元，虑及相邻脉冲之间的热量累积，结合重启动法和APDL命令流完成激光在裸露不规则表面上的加载，实现随着激光作用材料的及时去除，得到碳/碳复合材料的烧蚀形貌及温度分布；方法的具体步骤如下：

【技术特征摘要】

1.一种脉冲激光烧蚀碳/碳复合材料有限元模拟方法，其特征在于，该方法基于ansysapdl软件建立碳/碳复合材料三维异质几何模型，定义两种材料参数分别赋予基体和纤维，对模型进行网格划分并设置求解器和边界条件，施加激光热流密度载荷进行瞬态热分析求...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建伟，杨治本，王松弘泽，张承双，袁养鑫，行小龙，贾振元，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：