1文献综述
1引言
激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发明，具有高亮度、高能量以及良好的单色性。1960年首台激光器问世, 人们便开始对激光器的应用进行研究, 经过近50年的探索, 相关研究已取得巨大进步[1-4]。激光应用的物理基础主要基于激光与靶物质的相互作用，通过光与热的辐射作用使其靶物质性能发生变化，激光辐照材料的破坏方式有三种：（1）热破坏，主要是热烧蚀和热爆炸；（2）力学破坏，烧蚀反冲击和应力波；（3）辐射破坏。当强激光辐照目标材料时，汽化物及等离子体的高速外喷会在极短时间内对材料产生反冲击作用。反冲力作用过程中，材料试件获得一定的速度，偏离平衡位置，产生位移，继而分析反冲力的影响。
碳纤维是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维，耐高温居所有化纤之首。用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高，主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料，其中碳纤维复合材料因具有轻质、高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点而被广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料[5]。
采用连续波或长脉冲激光辐照复合材料，可使其发生热烧蚀，并且入射热流密度精确可测。国内外学者对碳纤维复合材料以及复合材料在激光辐照下的高温性能进行了大量的研究[6]。
2国内外研究现状
Hiro gaki[7]等研究了激光脉冲间隔对玻璃纤维/环氧树脂和芳纶纤维/环氧树脂材料热影响区的影响，得出采用多次照射的方法时，通过保持照射间隔时间约1秒，可以防止热量积聚、如果辐照时间设置为5毫秒或更短，则黑热损伤区域将在任一类型的层压板上消失的结论;Rodden[8]等研究了碳纤维的高热导系数对激光烧蚀区形貌的影响;郭亚林[9]等研究了激光参数对碳纤维复合材料质量烧蚀率的影响，得出碳纤维增强有机硅改性环氧树脂复合材料在CO2激光器辐照过程中质量烧蚀率随入射激光强度和光斑直径的增大明显增大的规律;王贵兵[10]等研究了芳纶纤维复合材料对激光的吸收特性，得出材料厚度一定时 ,材料的体吸收系数随着激光功率的增加而减小、激光功率一定时, 材料的体吸收系数随材料厚度的增加呈指数衰减的结论;万红[11]等研究了碳纤维和高硅氧玻璃纤维增强环氧树脂和酚醛树脂基复合材料在连续激光辐照下的损伤规律，得出复合材料的损伤阈值由树脂基体的热烧蚀阈值所决定的结论 ;穆景阳[12]等研究了E-51环氧树脂在长脉冲激光辐照下烧蚀规律，发现树脂基体在辐照功率密度为 W/ 时 ,即会产生燃烧, 并使复合材料的拉伸性能降低 30 %～ 40 %,而碳纤维在功率密度达到 W/ 以上才开始产生破坏 ,此时复合材料的拉伸性能降低 80 %以上;Griffis［13］建立了激光烧蚀碳纤维复合材料的一维有限差分模型，预测了不同激光热流作用下材料烧蚀情况，并且实验结果与预测基本吻合。Chen［14］采用有限元方法模拟了激光辐照下碳纤维/环氧层合板的热力学响应。Bai［15］建立了激光辐照玻璃纤维增强复合材料的一维有限差分模型，得出温度响应可以通过将热物理性质模型组装到最终的控制方程来预测热响应模型的结论[16-19]。Semak［20］等建立了激光辐照下玻璃纤维/环氧树脂复合材料热响应的三维模型。
3结论
激光对碳纤维复合材料的辐照效应受激光参数、材料参数以及实验操作等多种因素的影响，然而对于激光辐照复合材料穿孔效应的相似性问题领域还有些许空白。根据相似性原理, 可以利用几何、材料相似的模型来探索激光对靶材热力耦合的尺度规律。把所涉及的所有重要的输入和输出参量连同相应的物理量纲列出来,应用 Buckingham Pi;定理[21]表征出一组完备的无量纲组合或pi;项,可以直接得到小尺度模型和大尺度原型的缩比关系[21]。热传导问题可以孤立地进行几何缩比模拟,但不能与力学效应同时进行几何缩比模拟,即热力耦合问题不满足初等几何相似律。因此,对于激光辐照靶材的热力耦合问题相对来说比较复杂, 几何相似缩放必须非常严格，通过某个小尺寸模型的结果来推广大尺寸原型的具有一定的困难，这一领域有待研究。
参考文献
