本文關(guān)鍵詞：芳綸纖維復(fù)合材料加工過(guò)程中的熱力行為研究　出處：《大連理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：芳綸纖維復(fù)合材料具有高韌性、高強(qiáng)度、低密度和抗沖擊等性能特點(diǎn),在航空航天、軍工等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用日趨廣泛。然而,芳綸纖維復(fù)合材料各向異性、層間強(qiáng)度較低,同時(shí)芳綸纖維的強(qiáng)韌性和低導(dǎo)熱性使其成為典型的難加工材料,加工過(guò)程中極易產(chǎn)生毛邊、分層、撕裂、熱損傷等加工缺陷,這也成為了制約芳綸纖維復(fù)合材料應(yīng)用和產(chǎn)品使役性能的瓶頸難題之一本文以層鋪結(jié)構(gòu)芳綸纖維復(fù)合材料為研究對(duì)象,結(jié)合國(guó)家自然基金“高強(qiáng)高韌復(fù)合材料加工過(guò)程力熱耦合作用機(jī)理及損傷消減策略”,開(kāi)展了芳綸纖維復(fù)合材料加工過(guò)程中的熱力行為研究。本文從芳綸復(fù)合材料的材料特性分析入手,對(duì)芳綸復(fù)合材料加工缺陷形態(tài)、類(lèi)型進(jìn)行了歸納總結(jié),并進(jìn)行了加工缺陷的成因分析。采用劃切試驗(yàn)的方法,觀測(cè)了平鋪材料劃痕的形成過(guò)程,分析了芳綸纖維的破壞特點(diǎn),并通過(guò)改變切削條件觀測(cè)了劃切質(zhì)量及劃切力的變化規(guī)律,采用硬質(zhì)合金麻花鉆對(duì)芳綸復(fù)合材料進(jìn)行了制孔試驗(yàn)研究,進(jìn)一步驗(yàn)證了劃切試驗(yàn)取得的結(jié)論。樹(shù)脂基體在溫度過(guò)高時(shí)存在玻璃化現(xiàn)象,而芳綸復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)極低,加工易產(chǎn)生熱損傷,而加工過(guò)程中切削熱形成的溫度場(chǎng)分布規(guī)律至今仍未被揭示。本文針對(duì)芳綸纖維復(fù)合材料加工條件較惡劣的鉆孔加工,采用熱物理參數(shù)均勻化方法以及數(shù)值解析方法,建立了芳綸纖維復(fù)合材料鉆削溫度場(chǎng)模型,并通過(guò)熱電偶測(cè)溫和紅外熱像儀測(cè)溫方法對(duì)溫度場(chǎng)模型進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果表明,溫度場(chǎng)模型計(jì)算值與試驗(yàn)結(jié)果值相差在10%以內(nèi)。本文利用建立的溫度場(chǎng)模型對(duì)不同加工條件下的溫度場(chǎng)分布以及切削區(qū)內(nèi)的溫升過(guò)程進(jìn)行了模擬,分析了鉆削過(guò)程中,鉆削深度、轉(zhuǎn)速以及纖維排布方式對(duì)溫度場(chǎng)的影響規(guī)律。本文的研究結(jié)果揭示了芳綸纖維復(fù)合材料缺陷的形成機(jī)理,探索了影響芳綸復(fù)合材料加工質(zhì)量與加工過(guò)程中切削力的影響因素,建立了芳綸復(fù)合材料鉆削加工過(guò)程中的溫度場(chǎng)分布模型,為芳綸纖維復(fù)合材料的高效低損傷加工提供了理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。
[Abstract]:Aramid fiber composites with high toughness, high strength, low density and impact resistance are widely used in aerospace, military industry and other fields. However, aramid fiber composites are anisotropic. The interlaminar strength is low, at the same time, aramid fiber becomes a typical refractory material because of its strength and toughness and low thermal conductivity. It is easy to produce processing defects such as edge, delamination, tear, thermal damage and so on. This has also become one of the bottleneck problems that restrict the application and performance of aramid fiber composites. In this paper, laminated aramid fiber composites are the research object. Combined with the National Natural Fund, "the mechanism of mechanical and thermal coupling and damage reduction strategy of high strength and high toughness composites during processing". The thermal behavior of aramid fiber composites was studied in this paper. Based on the analysis of material characteristics of aramid fiber composites, the morphology and types of processing defects of aramid fiber composites were summarized. The forming process of the scratch of tile material was observed and the damage characteristics of aramid fiber were analyzed. By changing the cutting conditions, the change of cutting mass and cutting force was observed, and the hole making test of aramid composites was carried out by using cemented carbide twist drill. The conclusion obtained from the cutting test is further verified. When the temperature of resin matrix is too high, there is glass phenomenon, while the thermal conductivity of aramid composites is very low, and the thermal damage is easy to occur in processing. However, the distribution of temperature field formed by cutting heat has not been revealed yet. In this paper, the drilling processing of aramid fiber composites with poor processing conditions has not been revealed. The model of drilling temperature field of aramid fiber composites was established by using the method of homogenization of thermal physical parameters and numerical analysis, and the model was verified by thermocouple and infrared thermography. It turns out. The difference between the calculated values of the temperature field model and the experimental results is less than 10%. In this paper, the temperature field distribution and the temperature rise process in the cutting zone under different processing conditions are simulated by using the established temperature field model. The effects of drilling depth, rotation speed and arrangement of fibers on temperature field during drilling are analyzed. The results of this paper reveal the formation mechanism of defects in aramid fiber composites. The influence factors on the processing quality and cutting force of aramid composites were explored, and the temperature field distribution model of aramid composites during drilling was established. It provides a theoretical and technical basis for the processing of aramid fiber composites with high efficiency and low damage.
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB33;TQ342

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本文編號(hào)：1433700