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申请/专利权人：中国航天三江集团有限公司

摘要：本发明公开了一种高能激光辐照树脂基纤维增强复合材料的仿真方法及系统，方法包括S100：将复合材料分成若干个纤维层和若干个树脂基体层，形成“纤维层+树脂层”交替的层合板结构；S200：在t＝0时刻，根据激光入射的方向遍历所有单元，获得单元外表面的法向量；S300：设置求解的时间步长为Δt，令t＝t+Δt，联立求解纤维和树脂基体单元的瞬态热传导方程、目标表面与外界的对流辐射换热方程；S400：获得的所有单元的温度进行材料的烧蚀判断；S500：若当前纤维层被烧蚀并形成了穿孔，则将前述矩阵数组形式的热源施加到下一层材料的表面。本发明实现了入射激光与受辐照目标呈一定倾角情况下的热源载荷计算，提高了仿真模型计算精度。

主权项：1.一种高能激光辐照树脂基纤维增强复合材料的仿真方法，其特征在于，包括：S100：根据树脂基纤维增强复合材料中单层纤维的截面尺寸，将复合材料分成若干个纤维层和若干个树脂基体层，形成“纤维层+树脂层”交替的层合板结构，进行CAD建模、网格划分与单元生成，赋予单元各自相对应的材料属性；S200：在t=0时刻，根据激光入射的方向遍历所有单元，选取处于外部的所有单元面及面上节点坐标数据，通过单元外表面上节点坐标计算，获取外表面的法向量，并预先存储进单元外表面方向量数据库以便加载热源载荷过程中进行实时判断；在进行热源载荷加载时，若单元外表面中某个面的法向量与激光的入射方向夹角在-90°～90°之间，进行后续的表面热源施加过程，否则不施加表面热源，通过这种方式实现任意复杂表面的热源载荷正确施加；然后以二维矩阵数组的形式对该表面施加热流密度，同时施加对流、辐射边界条件和初始温度T0，并基于通量相等原则，通过二维投影坐标转换方法进行倾斜角处理，实际激光倾斜作用至目标表面的能量分布为：Q2=Q1xcosα,ycosβ∙Sab其中，Q2为倾斜入射时的表面功率密度分布函数；Q1为垂直入射时的表面功率密度分布函数；S为[N,N]矩阵投影到目标切平面后的投影面积；xcosα、ycosβ为相对应矩阵中每个点的坐标；a为数组X方向的尺寸，b为数组Y方向的尺寸；S300：设置求解的时间步长为Δt，令t=t+Δt，联立求解纤维和树脂基体单元的瞬态热传导方程、目标表面与外界的对流辐射换热方程，进而获得当前t时刻下复合材料所有单元和节点的温度；S400：获得的所有单元的温度进行材料的烧蚀判断，根据目标所处的气流环境，采用其分解温度或气化温度作为复合材料的单元去除判据，从而实现复合材料的激光烧蚀效果，当超过去除温度的单元被去除后，其表面施加的热流密度将会被去除，避免造成错误的热源施加，暴露出来的单元外表面根据单元外表面法向量与激光入射方向的夹角关系，重新施加热源；S500：若当前纤维层被烧蚀并形成了穿孔，则将前述矩阵数组形式的热源施加到下一层材料的表面，并通过步进式扫描方式确定当前纤维层的不规则的烧蚀孔形貌，将热源透过该不规则层的投影加载于下一层；S600：重复以上步骤S300至步骤S500直至达到设定的激光辐照时间，完成激光辐照复合材料的仿真计算。

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