孙佳鑫，陈重全，杨心蕊，南朋玉，沈中华

(南京理工大学 理学院，南京 210094)

引 言

碳纤维增强环氧树脂基复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)因具有优异的力学性能被广泛应用于航空航天等领域[1]。为了提高激光加工复合材料的质量，了解激光对复合材料的损伤机制，国内外众多学者对激光与碳纤维复合材料的相互作用机理进行了大量研究[2-11]。连续激光与碳纤维复合材料相互作用机制非常复杂，涉及众多物理化学过程，如复合材料与激光的耦合[3]、基体热解[4,12-13]、热解气体对流传热[3,6]、氧化燃烧[3,10-11]、表面气化和剥蚀[14-15]等。

在不同的应用环境中，碳纤维复合材料具有不同的铺层结构，铺层结构的差异也会影响激光对复合材料的辐照特性。碳纤维复合材料的铺层厚度和铺层角度会影响材料的点燃时间和质量损失速率[16]；碳纤维复合材料层间树脂厚度会严重影响材料内部热传递[6]；复合材料毗邻层之间碳纤维方向的差异性会造成材料内部热流分布不均，进而造成表面特定位置温度的非单调演化[11]及材料内部烧蚀坑壁面的非连续性[17]；铺层结构的差异也会影响材料的隔热和抗烧蚀性能[18]。

在激光与复合材料作用过程中对温度特性的评估至关重要，准确的温度分析也是进一步研究材料热应力以及层间开裂等力学问题的基础。在已有的研究中，通过实验和数值计算结果的比较，研究了材料前后表面中心点的温度演化[10],或者在不考虑材料结构的情况下理论模拟材料的整体温度分布[19]，鲜有涉及温度分布与材料结构的关系。……