[发明专利]激光烧蚀纤维增强复合材料仿真建模方法

权利要求书

1.激光烧蚀纤维增强复合材料仿真建模方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据实际的SiC/SiC尺寸，建立三维复杂温度场模型；

步骤2、借助有限元仿真软件的网格划分功能完成对三维复杂温度场模型的网格划分；

步骤3、对SiC/SiC基体和纤维的材料基本属性进行定义；

步骤4、对模型的参数进行定义；

步骤5、改变激光光斑的位置，得出复激光烧蚀SiC/SiC时对应的温度场特征的变化规律。

2.根据权利要求1所述的激光烧蚀纤维增强复合材料仿真建模方法，其特征在于，所述步骤1中三维复杂温度场模型如下：

平面尺寸为：2×2cm，单条纤维束的椭圆截面尺寸为：a＝0.2mm，b＝0.8mm，模型中使用0/90度2.5D平纹编织工艺成型纤维预制体，z向和x向都均匀分布7条纤维束；建立的三维模型满足初始条件T_ext＝293.15K，且相应的边界条件满足：

q₀＝h(T_ext-T) (4)

其中，q₀为对流热通量，h表示传热系数，T_ext为外部环境温度，T为温度场。

3.根据权利要求2所述的激光烧蚀纤维增强复合材料仿真建模方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：

定义网格单元尺寸小于光斑尺寸的1/4-1/5，边单元数为29000-30000，边界单元数为410000-420000，单元数为6150000-6160000。

4.根据权利要求3所述的激光烧蚀纤维增强复合材料仿真建模方法，其特征在于，所述步骤3中：SiC基体为均质材料，引入导热系数方向坐标为(k₁₁,k₁₂,k₁₃)，其中k₁₁代表轴向，导热系数为9.66W·(m·K)^-1，k₁₂、k₁₃代表径向，导热系数均为1.48W·(m·K)^-1。

5.根据权利要求4所述的激光烧蚀纤维增强复合材料仿真建模方法，其特征在于，所述步骤4中：定义的绝缘体为SiC/SiC的无限元域部分，导热系数k＝0或温度梯度定义的芯域的对流热通量为10W·(m²·K)^-1，绝缘的无限元域的对流热通量为0W·(m²·K)^-1，建立的三维模型满足初始条件T_ext＝293.15K，引入材料辐射率0.2，给定激光扫描功率为10W，光斑半径大小500μm。

6.根据权利要求5所述的激光烧蚀纤维增强复合材料仿真建模方法，其特征在于，所述步骤5具体如下：

在模型的几何中心借助高斯函数定义激光热源Q，给定激光扫描功率及光斑大小，观察不同光斑位置的对应的基体和纤维传热情况：

其中，A为靶料对脉冲激光的吸收率；P为扫描功率；ω为光斑半径；r为靶材表面到激光热源的距离；

由于定义的传热仿真模型的热源位置为光斑位置，因此，r表示为：

其中，r_focus为光斑位置，x_focus为光斑在x平面上的坐标，z_focus为光斑在z平面上的坐标；

结果表明：SiC纤维对SiC/SiC复合材料上的能量分布有明显的影响，热量有沿纤维束方向传递的趋势。