随着经济的快速发展,轻量化成为当今社会的重要研究方向。碳纤维复合材料作为一种新型复合材料,它具有刚度高、模量高、强度大、重量轻等优点,广泛应用于工业领域。然而,常见的碳纤维复合材料加工方式仍然以机械加工为主,容易出现刀具磨损、复合材料分层、加工后性能变差等缺点。激光切割是近年来兴起的一项新型碳纤维复合材料加工技术,它是利用激光的高能量来汽化材料,从而达到材料去除的目的。由于碳纤维复合材料激光切割是由多种因素影响的光-热-力耦合过程,成因比较复杂。因此,针对碳纤维复合材料激光切割的数值仿真及工艺试验的研究对其进一步推广应用具有重要意义。本文通过分析碳纤维复合材料激光切割的基本原理,利用有限元软件对碳纤维复合材料激光切割过程进行了多物理场仿真,分析了碳纤维复合材料激光切割过程中材料内部的热积累效应及激光沿不同方向切割碳纤维复合材料过程中的温度场分布和应力场分布,并分别采用红外激光与紫外激光对碳纤维复合材料进行了单因素激光切割试验,得到了激光参数对材料切割质量的影响规律。在理论基础方面,分析了脉冲激光切割原理及材料对激光吸收率和反射率的影响因素,通过理论结合试验分别介绍了红外激光和紫外激光与碳纤维复合材料的相互作用过程。在数值模拟方面,根据碳纤维复合材料的结构特点建立了材料的几何模型,通过设置碳纤维复合材料激光切割过程中的热传导数学模型和边界条件,建立了碳纤维复合材料激光切割的多物理场耦合模型,分析了碳纤维复合材料激光切割过程中的热积累效应,得到了激光沿不同方向切割碳纤维复合材料过程中的温度场分布及应力场分布,确定了不同激光参数对碳纤维复合材料中温度的影响规律及不同脉宽激光辐照下碳纤维复合材料的相变场分布。在激光切割工艺试验方面,通过搭建碳纤维复合材料激光切割平台,分别采用红外激光和紫外激光对碳纤维复合材料进行了单因素切割试验,研究了单脉冲能量、切割速度、重复频率、脉宽等激光参数对材料切割质量的影响规律。对于红外激光切割碳纤维复合材料,材料的切缝宽度、切缝锥角与热影响区宽度随着激光的单脉冲能量、重复频率、脉宽的增加而增大,随着激光切割速度的增加而减小。在最优激光参数下,材料的热影响区宽度约为190.6μm。对于紫外激光切割碳纤维复合材料,材料的切缝宽度、切缝锥角与热影响区宽度随着激光重复频率的增加而增大,随着激光切割速度的增加而减小。在最优激光参数下,材料的热影响区宽度仅为30.7μm,大大优于红外激光切割方式。