CN110991097B - 一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法，涉及激光毁伤效应研究领域，步骤如下：1.根据碳纤维靶材形状等厚分层，划分网格单元；2.令激光作用时间t＝0，设定时间间隔Δt，根据碳纤维靶材热物理参数，对单元施加初始条件和边界条件；3.令t＝t+Δt，解算所有单元的各向异性材料三维热传导瞬态方程，计算经过时间t后靶材温度场；4.若存在温度超过碳纤维靶材汽化阈值温度的网格单元，则将该单元按元序剥离法“汽化”，并将其对应的边界条件加载到下一层单元，再执行步骤5；5.遍历网格单元：判断是否存在下一层单元，若是，则调整靶材热物理参数并更新边界条件和初始条件，再执行步骤3；否则该时间和该温度场就是激光毁伤碳纤维靶材的特征参数。

Description

一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法

技术领域

本发明涉及激光毁伤效应研究领域，具体涉及一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法，用于计算高能激光毁伤碳纤维靶材实时温度场和烧穿时间。

背景技术

近年来，高能激光武器毁伤无人机等目标已经成为一个研究的热点，其中，激光毁伤的数值计算在激光武器摧毁无人机的战前预估和战时监测具有十分重要的作用。国内外对于激光辐照靶材的研究主要针对金属壳体进行研究，对于纤维增强复合材料特别是激光辐照碳纤维复合材料的研究还较少，而无人机所用的材料主要由碳纤维复合材料组成。碳纤维复合材料主要有碳纤维和树脂基体组成，碳纤维是复合材料的主要承载相，树脂基体与复合界面主要起均布载荷和传递载荷的作用。在高功率密度激光辐照下，树脂基体会在低温下发生热解，燃烧，汽化和烧蚀。碳纤维属于无机纤维，在高温下易发生氧化，汽化等现象。这些特性都会使复合材料的结合性能降低，进而导致复合材料弹性模量和机械性能的下降。并且，树脂基体材料的热解造成的质量损失，以及复合材料由于温度场产生热应力的存在会导致碳纤维复合材料及其结构提前破坏。

碳纤维复合材料对于激光的吸收属于面吸收，激光辐照初期，该材料靠自身热容吸热升温，在到达树脂基体热解温度前，该材料中的热传递方式主要是热传导。在温度到达树脂基体热解温度时，树脂基体开始吸热发生热解，树脂基体分解生成挥发性的气体并留下惰性的多孔焦炭。当温度超过某个温度，树脂基体的热解反应基本结束，只留下多孔焦炭，而此时碳纤维还没有发生变化，但有一定的软化效应。当温度到达碳纤维靶材的汽化阈值温度时，碳纤维开始汽化。因此，在计算激光烧蚀碳纤维靶材的三维温度场分布以及烧穿时间时，应考虑到碳纤维靶材的热物理参数(包括密度、热传导系数、比热等)随温度变化的因素，同时考虑被烧蚀掉的表层在整个靶材(全部的网格单元为三维的多层温度场模型)被剥离的影响。

目前，针对计算激光烧蚀碳纤维靶材的温度场和烧穿时间的方法及其缺陷主要有：

1.只考虑碳纤维靶材一个切面的温度场分布，将这个切面的温度场分布通过旋转360°从而得到整个碳纤维靶材的三维温度场分布。这种方法已经默认了碳纤维靶材为各向同性的材料，但实际上碳纤维靶材在纤维方向和垂直纤维方向的热物理参数是各不相同的，为各向异性材料。

2.在整个温度场模拟过程中，把碳纤维靶材的各个热物理参数当成常数处理。但碳纤维靶材在整个激光烧蚀过程中，其自身的热物理参数都是在实时变化，它的比热和热导率也会随温度的变化而不断变化。所以这种处理方式会造成计算出来的温度场与实际的温度场有较大的误差。采用先计算二维温度场在旋转360°、将碳纤维靶材热物理参数当成常数的计算方法，其背部温度场与真实测量值相差一倍以上。

3.没有根据碳纤维靶材层层剥离的特点，模拟激光辐照面前移的情形。这种处理方式会导致碳纤维靶材上表面本来已经被烧蚀掉的材料继续参与传热，激光还是辐照在已经被烧蚀掉的材料上。这种方法会使碳纤维靶材上表面出现极高畸形的温度，而这个上表面的材料已经汽化掉了。采用传统三维温度场计算方法直接忽略畸形温度的存在，会让本该已经被烧蚀掉的表层继续参与传热，使得计算烧穿时间比实际烧穿时间要长。

发明内容

本发明的目的在于：为解决现有技术中在计算激光烧蚀碳纤维靶材的温度场和烧穿时间时，由于没有考虑碳纤维靶材表面超过自身汽化阈值温度后元序剥离、以及随温度变化的碳纤维靶材热物理性质的因素，造成数值计算过程中碳纤维温度场分布准确度低、烧穿时间计算不准确的问题，提供了一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法，包括以下步骤：

步骤1：根据碳纤维靶材形状等厚分层，划分成若干个网格单元；

步骤2：令激光作用时间t＝0，设定时间间隔Δt，基于当前碳纤维靶材的热物理参数，对所有的网格单元施加初始条件和边界条件；

步骤3：令t＝t+Δt，求取碳纤维靶材中所有网格单元的各向异性材料三维热传导瞬态方程，计算经过时间t后碳纤维靶材的温度场T(x,y,z,t)；

步骤4：根据步骤3得到的温度场T(x,y,z,t)，判断是否存在温度超过碳纤维靶材的汽化阈值温度T_max的网格单元，若不存在，则根据当前碳纤维靶材环境温度更新热物理参数并重置初始条件和边界条件，再执行步骤3；若存在，则利用元序剥离法将温度超过汽化阈值温度T_max的网格单元剥离，并将该网格单元对应的边界条件加载到下一层网格单元上，再执行步骤5；

步骤5：遍历所有网格单元，判断是否存在下一层网格单元，若存在，则根据当前碳纤维靶材环境温度更新热物理参数并重置初始条件和边界条件，再执行步骤3；若不存在，则当前时间和温度场即为激光烧蚀碳纤维靶材的特征参数。

进一步地，步骤2中，对所有网格单元施加初始条件和边界条件，包括以下步骤：

步骤2.1：利用激光到达碳纤维靶材表面的超高斯激光光束能量分布函数F(x,y)与碳纤维靶材对该波长的激光的吸收率A，计算碳纤维靶材的吸收超高斯激光光束能量分布函数G(x,y)；

步骤2.2：基于碳纤维靶材的各向异性材料三维热传导瞬态方程、热物理参数和吸收超高斯激光光束能量分布函数G(x,y)，对所有网格单元施加初始条件和边界条件。

进一步地，步骤2.1中，超高斯激光光束能量分布函数F(x,y)和吸收超高斯激光光束能量分布函数G(x,y)的表达式如下：

G(x,y)＝AF(x,y)

式中，Q₀表示激光功率密度，t表示激光作用时间，t₀表示激光脉冲的时间宽度，r表示碳纤维靶材上任一点到激光光斑中心的距离，r₀表示激光束腰半径，ε、γ分别表示激光光束时空集中度的时间分布和空间分布，A表示碳纤维靶材对所述激光的吸收率。

进一步地，在笛卡尔坐标系下，碳纤维靶材的各向异性材料三维热传导瞬态方程表达式如下：

式中，x、y、z分别表示空间坐标系中的x、y、z轴方向，k_x、k_y、k_z分别表示碳纤维靶材在x方向的热导率、y方向的热导率和z方向的热导率，ρ表示碳纤维靶材的密度，c表示碳纤维靶材的比热；

将各向异性材料三维热传导瞬态方程表示为被网格单元的控制方程如下：

式中，[K_th]表示热传导矩阵，{T}表示节点温度列向量，[C]表示比热矩阵，

表示温度变化率列矩阵，{Q^a}表示施加的温度载荷列向量。

进一步地，网格单元的初始条件为碳纤维靶材的各向异性材料三维热传导瞬态方程的初始条件，即在没有激光照射时，碳纤维靶材的初始温度场，所述初始条件T(x,y,z,t)|_t＝0满足：

T(x,y,z,t)|_t＝0＝T₀(x,y,z)

式中，T₀(x,y,z)表示预先设定的温度数值，即为初始温度场。

进一步地，网格单元的边界条件为：

式中，Γ表示激光辐照的边界；当激光能量被碳纤维靶材表面很薄的一层吸收时，将激光能量作为碳纤维靶材表面热流加载到边界条件中。

进一步地，采用无条件稳定的有限差分法计算经过时间t后碳纤维靶材的温度场T(x,y,z,t)，同时更新当前碳纤维靶材的热传导矩阵[K_th]和比热矩阵[C]。

进一步地，计算碳纤维靶材的温度场具体为：在空间域内采用划分网格单元，将求解域进行离散化，将连续空间分布的靶材离散成具有不同大小和形状且彼此相连的有限的网格单元。

进一步地，利用有限差分法计算碳纤维靶材的温度场具体为：在时间上采用有限差分法对网格单元进行描述，时间上的差分格式如下：

式中，θ为时间积分参数，且满足0<θ<1；当θ为0.5时，为无条件稳定的中心差分格式，具有较高的精度等级。

进一步地，对于时间间隔t～t+Δt，满足：

上两式表示t时刻和t+Δt时刻的温度场控制方程，式中左上标表示时间节点；当已知t时刻的温度^t{T}，通过上两式得到t+Δt时刻的温度^t+Δt{T}；同时更新当前的热传导矩阵[K_th]和比热矩阵[C]。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，针对碳纤维靶材具有的各向异性、以及随温度变化而变化的热物理参数的特点，在计算碳纤维靶材的温度场的过程中，每迭代一次，就修正其热导率和比热随温度变化后的值，提高了计算的准确性。采用本发明的方法比较符合激光烧蚀碳纤维靶材的特点，背部温度场的计算结果基本与实际测量结果一致。

2、本发明中，针对激光烧蚀碳纤维靶材的层层剥离的特点，提出了使用元序剥离法去处理被激光烧蚀掉的表层，减少了计算的误差，避免畸形温度出现在计算模型中。采用了本发明的基于元序剥离法的计算方法，其计算烧穿时间与实际烧穿时间基本吻合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的流程图；

图2为碳纤维靶材的网格单元划分图；

图3为碳纤维靶材烧穿时刻的温度分布图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

现有技术中，在计算激光烧蚀碳纤维靶材温度场和烧穿时间问题时，通常将碳纤维材料当成各向同性介质，其热物理参数也被当成常数对待，计算过程中，通过将二维温度场旋转直接得到三维温度场，忽略碳纤维靶材表面剥离的事实，导致计算碳纤维靶材温度场和烧穿时间结果有很大误差。本申请的发明人在研究中发现：(1)不能将碳纤维靶材的热物理参数当成常数处理，而是应该把他们看成随温度变化的数值；(2)对于激光烧蚀过程中出现的碳纤维靶材表层温度超过温度阈值的单元应该元序剥离。为解决上述问题，本发明提供了一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法，如图1所示，具体步骤如下：

步骤1：根据碳纤维靶材的形状等厚分层，划分成若干个网格单元，如图2所示。

步骤2：令激光作用时间t＝0，设定时间间隔Δt，基于当前碳纤维靶材的热物理参数，对所有网格单元施加初始条件和边界条件，具体操作如下：

步骤2.1：利用激光到达碳纤维靶材表面的超高斯激光光束能量分布函数F(x,y)与碳纤维靶材对该波长的激光的吸收率A，计算碳纤维靶材的吸收超高斯激光光束能量分布函数G(x,y)。

采用连续激光辐照碳纤维靶材，本实施例中，碳纤维靶材的长高宽分别为1cm、1cm、3mm。利用连续激光到达碳纤维靶材表面的超高斯激光光束能量分布函数F(x,y)与碳纤维靶材对该波长的激光的吸收率A，计算碳纤维靶材的吸收超高斯激光光束能量分布函数G(x,y)。其中，超高斯激光光束能量分布函数F(x,y)和吸收超高斯激光光束能量分布函数G(x,y)的表达式如下：

G(x,y)＝AF(x,y)

式中，Q₀表示激光功率密度，r表示碳纤维靶材上任一点到激光光斑中心的距离，r₀表示激光束腰半径，A表示碳纤维靶材对连续激光的吸收率。本实施例中，激光功率密度Q₀的值为1528W/cm²，距离r₀的值为1cm，吸收率A的值为0.92。

步骤2.2：基于碳纤维靶材的各向异性材料三维热传导瞬态方程、热物理参数和吸收超高斯激光光束能量分布函数G(x,y)，对所有的网格单元施加初始条件和边界条件。

在笛卡尔坐标系下，碳纤维靶材的各向异性材料三维热传导瞬态方程如下：

式中，x、y、z分别表示空间坐标系中的x、y、z轴方向，k_x、k_y、k_z分别表示碳纤维靶材在x方向的热导率、y方向的热导率和z方向的热导率，ρ表示碳纤维靶材的密度，c表示碳纤维靶材的比热。本实施例中，暂考虑热导率在各方向的数值均相同。碳纤维靶材具体的热物理参数如下表所示：

温度T/℃	比热c/(J·kg-1·℃-1)	热导率k/(W·m-1·℃-1)	密度ρ/(kg·m-3)
				10	1225.0	1.386	1596.7
330	2056.9	0.686	1596.7
				357	5009.5	0.627	1596.7
496	4904.6	0.323	1596.7
				523	3249.2	0.264	1596.7
524	1593.9	0.262	1149.7
				565	1607.3	0.205	1149.7
815	1689.3	0.173	1149.7
				3316	2509.8	0.173	1149.7

在碳纤维靶材热物理参数表中，根据当前温度可得到对应的热导率和比热。

将各向异性材料三维热传导瞬态方程表示为网格单元的控制方程如下：

式中，[K_th]表示热传导矩阵，{T}表示节点温度列向量，[C]表示比热矩阵，

表示温度变化率列矩阵，{Q^a}表示施加的温度载荷列向量。

网格单元的初始条件为碳纤维靶材的各向异性材料三维热传导瞬态方程的初始条件，即在没有激光照射时，碳纤维靶材的初始温度场，所述初始条件T(x,y,z,t)|_t＝0满足：

T(x,y,z,t)|_t＝0＝T₀(x,y,z)

式中，T₀(x,y,z)表示预先设定的温度数值，即为初始温度场。本实施例设定在初始条件下，即时间t＝0时，碳纤维靶材的初始温度场处处为20摄氏度，式中的T₀(x,y,z)为常温数值20摄氏度。

当激光能量被碳纤维靶材表面很薄的一层吸收时，将激光能量作为碳纤维靶材表面热流加载到边界条件中，具体为：

式中，Γ表示激光辐照的边界。

步骤3：令激光作用时间t＝t+Δt，求取碳纤维靶材中所有网格单元的各向异性材料三维热传导瞬态方程。基于构建的网格单元，利用无条件稳定的有限差分法计算经过时间t后碳纤维靶材的温度场T(x,y,z,t)，同时更新当前碳纤维靶材的热传导矩阵[K_th]和比热矩阵[C]。

计算碳纤维靶材的温度场具体为：在空间域内采用划分网格单元，将求解域进行离散化，将连续空间分布的靶材离散成具有不同大小和形状且彼此相连的有限的网格单元。

利用无条件稳定的有限差分法计算碳纤维靶材的温度场具体为：在时间上采用有限差分法对网格单元进行描述，时间上的差分格式如下：

式中，θ为时间积分参数，且满足0<θ<1；当θ为0.5时，为无条件稳定的中心差分格式，具有较高的精度等级。在本实例中，θ的取值为0.5。

对于时间间隔t～t+Δt，有：

上两式表示t时刻和t+Δt时刻的温度场控制方程，式中左上标表示时间节点。当已知t时刻的温度^t{T}，通过上两式得到t+Δt时刻的温度^t+Δt{T}；同时更新当前的热传导矩阵[K_th]和比热矩阵[C]。当已知有限差分法模型中的初始温度场T₀(x,y,z)时，即通过层层推导计算得到整个时间步长的温度场分布。

步骤4：根据步骤3得到的温度场T(x,y,z,t)，判断是否存在温度超过碳纤维靶材的汽化阈值温度T_max的网格单元，若不存在，则根据当前碳纤维靶材环境温度更新热物理参数并重置初始条件和边界条件，再执行步骤3；若存在，则利用元序剥离法将温度超过汽化阈值温度T_max的网格单元剥离，并将该网格单元对应的边界条件加载到下一层网格单元上，再执行步骤5。本实施例中，碳纤维靶材的汽化阈值温度T_max为3316℃。

步骤5：遍历所有网格单元，判断是否存在下一层网格单元，若存在，则根据当前碳纤维靶材环境温度更新热物理参数并重置初始条件和边界条件，再执行步骤3；若不存在，则计算出激光烧蚀碳纤维靶材的烧穿时间和此时的温度场，当前时间和温度场即为激光烧蚀碳纤维靶材的特征参数。

碳纤维靶材本身为各向异性材料，在这一事实的基础上，本方法利用碳纤维靶材的各向异性材料三维热传导瞬态方程，使在计算碳纤维温度场时，x、y、z方向的热导率k_x、k_y、k_z各不相同，而不是将它们看成一样的常数。碳纤维靶材的各个热物理参数(热导率，比热等)会随碳纤维本身的温度变化而变化，本方法在计算过程中将碳纤维靶材的热导率和比热看做为变化的数值，在每计算一个Δt后通过该种碳纤维靶材的热物理参数表不断更新热传导矩阵[K_th]和比热矩阵[C]。在激光烧蚀碳纤维靶材过程中，当碳纤维靶材表层的温度超过自身汽化阈值温度T_max时，会汽化掉。本方法将碳纤维靶材分成了网格单元，在计算一个Δt时间后，判断是否存在超过汽化阈值温度T_max的网格单元。如果存在，这将这些网格单元剥离，并将以激光能量作为边界条件加载到下一层的网格单元上，较好的解决了烧蚀的问题。

传统方法的问题在于没有较好匹配碳纤维靶材特点，导致计算结果误差大，不具有可操作性。本发明在充分认识到碳纤维的热物性特点和层层剥离因素后，采用将碳纤维靶材划分成多层的温度场模型，每计算一个Δt后不断更新热传导矩阵和比热矩阵，并剥离烧蚀掉的网格单元，方法较实用，可操作性强，符合激光烧蚀碳纤维特点，能很好的计算激光烧蚀碳纤维靶材的温度场和烧穿时间，解决了目前没有阈值相匹配的、误差较小的计算激光烧蚀碳纤维的方法的问题。通过该方法计算的碳纤维靶材的瞬时温度场和烧穿时间，如图3所示，不同色块表示不同温度(单位：℃)，左下侧为温度最高区域，右上侧为温度最低区域，例如：图中左下侧色块的数值区间为2988.9℃～3315.96℃。通过本计算方法得到的结果与实验结果基本吻合，可以根据材料参数的不同可以计算各种类型的碳纤维靶材的温度场，准确率高，增强了在工程的实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据碳纤维靶材形状等厚分层，划分成若干个网格单元；

步骤2：令激光作用时间t＝0，设定时间间隔Δt，基于当前碳纤维靶材的热物理参数，对所有的网格单元施加初始条件和边界条件；

步骤3：令t＝t+Δt，求取碳纤维靶材中所有网格单元的各向异性材料三维热传导瞬态方程，计算经过时间t后碳纤维靶材的温度场T(x,y,z,t)；

步骤4：根据步骤3得到的温度场T(x,y,z,t)，判断是否存在温度超过碳纤维靶材的汽化阈值温度T_max的网格单元，若不存在，则根据当前碳纤维靶材环境温度更新热物理参数并重置初始条件和边界条件，再执行步骤3；若存在，则利用元序剥离法将温度超过汽化阈值温度T_max的网格单元剥离，并将该网格单元对应的边界条件加载到下一层网格单元上，再执行步骤5；

步骤5：遍历所有网格单元，判断是否存在下一层网格单元，若存在，则根据当前碳纤维靶材的温度更新热物理参数并重置初始条件和边界条件，再执行步骤3；若不存在，则当前时间和温度场即为激光烧蚀碳纤维靶材的特征参数；

步骤2中，对所有网格单元施加初始条件和边界条件，包括以下步骤：

步骤2.1：利用激光到达碳纤维靶材表面的超高斯激光光束能量分布函数F(x,y)与碳纤维靶材对该激光的吸收率A，计算碳纤维靶材的吸收超高斯激光光束能量分布函数G(x,y)；

步骤2.2：基于碳纤维靶材的各向异性材料三维热传导瞬态方程、热物理参数和吸收超高斯激光光束能量分布函数G(x,y)，对所有网格单元施加初始条件和边界条件；

步骤2.1中，超高斯激光光束能量分布函数F(x,y)和吸收超高斯激光光束能量分布函数G(x,y)的表达式如下：

G(x,y)＝AF(x,y)

式中，Q₀表示激光功率密度，t表示激光作用时间，t₀表示激光脉冲的时间宽度，r表示碳纤维靶材上任一点到激光光斑中心的距离，r₀表示激光束腰半径，ε、γ分别表示激光光束时空集中度的时间分布和空间分布，A表示碳纤维靶材对所述激光的吸收率；

在笛卡尔坐标系下，碳纤维靶材的各向异性材料三维热传导瞬态方程表达式如下：

式中，x、y、z分别表示空间坐标系中的x、y、z轴方向，k_x、k_y、k_z分别表示碳纤维靶材在x方向的热导率、y方向的热导率和z方向的热导率，ρ表示碳纤维靶材的密度，c表示碳纤维靶材的比热；

将各向异性材料三维热传导瞬态方程表示为网格单元的控制方程如下：

/>

式中，[K_th]表示热传导矩阵，{T}表示节点温度列向量，[C]表示比热矩阵，

表示温度变化率列矩阵，{Q^a}表示施加的温度载荷列向量；

网格单元的初始条件为碳纤维靶材的各向异性材料三维热传导瞬态方程的初始条件，即在没有激光照射时，碳纤维靶材的初始温度场，所述初始条件T(x,y,z,t)|_t＝0满足：

T(x,y,z,t)|_t＝0＝T₀(x,y,z)

式中，T₀(x,y,z)表示预先设定的温度数值，即为初始温度场；

网格单元的边界条件为：

式中，Γ表示激光辐照的边界；当激光能量被碳纤维靶材表面吸收时，将激光能量作为碳纤维靶材表面热流加载到边界条件中。

2.根据权利要求1所述的一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法，其特征在于，采用无条件稳定的有限差分法计算经过时间t后碳纤维靶材的温度场T(x,y,z,t)，同时更新当前碳纤维靶材的热传导矩阵[K_th]和比热矩阵[C]。

3.根据权利要求2所述的一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法，其特征在于，计算碳纤维靶材的温度场具体为：在空间域内采用划分网格的方法，将求解域进行离散化，将连续空间分布的靶材离散成具有不同大小和形状且彼此相连的有限个网格单元。

4.根据权利要求2所述的一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法，其特征在于，利用有限差分法计算碳纤维靶材的温度场具体为：在时间上采用有限差分法对网格单元进行描述，时间上的差分格式如下：

式中，θ为时间积分参数，且满足0<θ<1；当θ为0.5时，为无条件稳定的中心差分格式。

5.根据权利要求1所述的一种激光烧蚀碳纤维靶材温度场的计算方法，其特征在于，对于时间间隔t～t+Δt，满足：

上两式表示t时刻和t+Δt时刻的温度场控制方程，式中左上标表示时间节点；当已知t时刻的温度^t{T}，通过上两式得到t+Δt时刻的温度^t+△t{T}；同时更新当前的热传导矩阵[K_th]和比热矩阵[C]。

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