近日，国内高校的研究团队在碳纤维增强树脂基复合材料（CFRPs）的激光毁伤研究方面取得了重要进展。CFRPs因其卓越的比刚度和比强度，在国防装备中得到了广泛应用。然而，关于高能激光对CFRPs的毁伤机制，科学界一直缺乏深入的研究。

在这项研究中，雷红帅教授、王潘丁副教授、赵则昂副教授等人在方岱宁院士的指导下，针对CFRPs在高能激光作用下的毁伤行为进行了深入探索。他们不仅成功实现了激光烧蚀CFRPs毁伤形貌的三维定量表征，还建立了高能激光与CFRPs相互作用的理论模型，揭示了CFRPs的激光毁伤机制。

碳纤维增强树脂基复合材料（CFRPs）凭借其优异的比刚度和比强度，广泛应用于国防装备中。然而，高能激光对CFRPs的毁伤研究目前较为缺乏。在激光与CFRPs相互作用过程中，打击中心局部区域的温度会在短时间内迅速升高至升华温度，导致CFRPs出现严重的热失配，在内部产生极高的热应力。同时，基体和碳化层在热影响区经历由烧蚀引起的复杂化学反应，造成了材料的化学损坏和缺失。CFRPs的不均匀变形与烧蚀现象共同决定了其失效形式，从而增加了探究CFRPs激光毁伤机理的难度。

研究团队首先开展了104W/cm²功率密度下的CFRPs激光毁伤实验。他们利用CT扫描与三维几何重构技术，在未烧穿、临界烧穿和完全烧穿三个毁伤状态下，详细揭示了CFRPs的激光毁伤行为。实验发现，随着激光功率的增加，局部的烧蚀坑形状从圆锥形逐渐转变为圆柱形。

为了深入理解高能激光对CFRPs的热-力-化学影响，研究团队进一步分析了CFRPs激光毁伤后的内部缺陷分布情况。他们发现，高能激光打击复合材料的热-力-化影响区域（包括热解层和炭化层）会随着激光能量密度的增加而发生变化。

在此基础上，研究团队建立了CFRPs激光毁伤的热-力-化耦合模型与高保真数值仿真方法。该方法能够分析不同激光能量下材料的力学失效、基质热解炭化、热解气体流动及材料升华过程，并准确预测激光打击复合材料的毁伤深度与分层宽度。预测精度达到了12%以内，这为CFRPs激光毁伤评估及防护设计提供了有力的理论支持。

研究还揭示了CFRPs激光毁伤的热-力-化耦合机理：在激光毁伤作用下，CFRPs会发生热解、炭化、升华等烧蚀反应及力学分层失效。炭化层的升华效应导致CFRPs局部烧蚀毁伤破坏，毁伤区域与光斑直径相当。同时，材料内部树脂基体的热解炭化等化学反应会诱导材料刚度退化，并加剧材料内部热变形失配。这些效应共同诱发了树脂基复合材料的分层失效，使得复合材料激光毁伤区域范围扩大到光斑直径作用范围的3倍左右。

这项研究成果不仅填补了CFRPs激光毁伤研究的空白，还为相关领域的研究提供了重要的参考和借鉴。未来，该研究团队将继续深化这一领域的研究，为CFRPs的激光防护设计提供更为精准的理论指导和技术支持。

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