采用波长为1070 nm的连续激光对亚音速切向空气流下玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）的穿孔效应进行了研究。通过实验研究了功率密度（848~1556 W/cm2）和切向气流流速（0~1个马赫数）对穿孔形貌、穿孔点温度和穿孔时间的影响。结果表明：切向气流流速为0.5个马赫数（Ma）时靶材穿孔时间随功率密度的增加而减小，最大减小了46%；功率密度为848 W/cm2时穿孔时间随气流流速的增加呈先减小后增加的规律，与无气流（0 Ma）时相比，最大仅减小8%。激光功率密度的增加加速了热解气体的产生，使得孔隙压力升高，促进了靶材的剥蚀。切向空气流对作用过程的影响主要包括：降低树脂基体热解所产生的残炭含量，进而改变靶材吸收方式；产生切向剪切力，加速靶材的力学剥蚀；加速对流换热，降低靶材表面温度。当切向气流速度较小（≤0.4 Ma）时，切向气流的作用主要是促进树脂热解，降低残炭含量，转变靶材吸收方式；当切向空气流速较大（0.8~1.0 Ma）时，气流的冷却作用表现得较为明显。
激光光学 激光损伤 连续激光 玻璃纤维增强树脂基复合材料 切向空气流 穿孔效应 中国激光
2023, 50(14): 1401002
不同气流速度作用下激光辐照靶材的穿孔效应不同。实验研究了亚音速气流（0~0.7 Ma）环境下，1 070 nm连续激光辐照7075铝合金的穿孔效应。对铝合金中心点温度历史、穿孔时间、穿孔孔径以及表面形貌变化进行了分析，结果表明：在相同气流速度下，随着入射激光功率密度的增加，铝合金表面温升速度加快且最终熔融层所达到的平衡温度增大；铝合金的穿孔时间呈指数减小；孔径增大速率呈指数减小。在相同激光功率密度下，随着气流速度的增加，铝合金穿孔时间总体呈先增大后减小至平稳之后再增大的趋势；熔融物移除速度和气流的冷却作用这两方面共同导致在0.1 Ma附近出现最长穿孔时间，在0.3 Ma附近出现最短穿孔时间，0.6 Ma的穿孔时间与0 Ma的穿孔时间大致相等在5.5 s左右；随着气流速度增大冷却效应增强，在0.7 Ma之后铝合金并未出现穿孔。对流冷却导致熔融物快速冷凝，被移除的熔融物集中在气流的下游区域。
连续激光 亚音速气流 温度场 穿孔效应 CW laser subsonic flow temperature field perforation effect 红外与激光工程
2022, 51(2): 20210883
1 西北核技术研究所 第五研究室，陕西 西安 710024
2 激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
针对切向气流加载导致激光加热金属板在熔化前的穿孔效应，利用金属薄板的弹性弯曲理论，推导出了两种典型光束(方形和圆形)照射下的弯曲挠度表达式，利用Mises理论给出了非熔化穿孔的破坏判据。研究结果表明: 激光加热下材料强度降低是出现非熔化穿孔破坏的主要机理; 薄板在光斑区的最大变形与气流速度、光斑直径、板厚与弹性模量(U2a4/Eh3)相关，穿孔破坏温度与气流速度、光斑直径及板厚(Ua/h)2相关; 与方形光斑辐照相比，圆形光斑辐照的破坏阈值稍高一些。数值计算结果表明: 0.8 Ma切向气流作用下，铝合金壳体的激光破坏能量阈值大大降低(可达40%~50%)，典型不锈钢壳体的破坏阈值降低相对较小(20%左右)，气流作用导致金属板破坏阈值的下降是需特别关注的问题。
激光辐照 激光加热 切向气流 薄板弹性弯曲 非熔化穿孔效应 破坏温度 laser irradiation laser heating tangential airflow thin plate elastic bending burn-through with no-melting effect damage temperature
