本文選題：碳纖維復(fù)合材料　切入點(diǎn)：銑削模擬　出處：《江蘇大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：碳纖維復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,簡稱CFRP)相較于傳統(tǒng)的鋼鐵來說密度小、加上CFRP的比模量、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、抗疲勞能力突出、減振效果以及可設(shè)計(jì)性優(yōu)于傳統(tǒng)材料,在國防領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域、交通、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。但是,由于CFRP加工知識(shí)的缺乏,導(dǎo)致市面上的CFRP制品的品種少、質(zhì)量也不高,因此,采用新的手段來研究CFRP的加工方法,豐富CFRP的相關(guān)加工知識(shí)是當(dāng)前切削加工的一個(gè)研究熱點(diǎn),對(duì)于能否成功在科研、生產(chǎn)中大范圍應(yīng)用CFRP具有戰(zhàn)略意義。本文以CFRP為研究的對(duì)象,以CFRP相關(guān)切削機(jī)理和有限元分析理論為基礎(chǔ),采用工藝仿真軟件Deform創(chuàng)建CFRP的3D銑削模型,采用單因素法模擬了CFRP的銑削情況,分析了銑削力、表面應(yīng)力、銑削溫度、CFRP的表面加工質(zhì)量以及刀具的磨損情況;采用Isight軟件對(duì)CFRP進(jìn)行基于多目標(biāo)的參數(shù)優(yōu)化分析;最后對(duì)CFRP進(jìn)行與模擬方案以及優(yōu)化方案一致的銑削試驗(yàn),與模擬進(jìn)行對(duì)比,證明了模擬和優(yōu)化的可靠性,說明了采用數(shù)值模擬方法來研究CFRP的銑削加工是完全可行的。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下:1.探討了CFRP的材料特性、切削機(jī)理和加工缺陷,研究了影響切削力的因素,研究了CFRP有限元分析的建模理論以及有限元建模的關(guān)鍵技術(shù)。為具體采用有限元分析軟件求解CFRP的銑削情況奠定了理論基礎(chǔ)。2.通過工藝系統(tǒng)仿真軟件Deform建立了CFRP材料本構(gòu)模型以及3D銑削有限元模型,模擬了碳纖維復(fù)合材料的三維動(dòng)態(tài)銑削過程;采用單因素法分別改變主軸轉(zhuǎn)速n、進(jìn)給量f、背吃刀量pa、徑向切深ea、刀具材料,分析了各因素對(duì)CFRP銑削過程中X、Y、Z三個(gè)方向的銑削力、銑削溫度、工件表面應(yīng)力、刀具磨損、工件表面的加工質(zhì)量的影響,得到結(jié)論:當(dāng)采用PCD刀具時(shí)、在高的主軸轉(zhuǎn)速、較低進(jìn)給量、較高的背吃刀量以及較大的徑向切深時(shí),得到的銑削力、銑削溫度以及工件的表面應(yīng)力較低,并且刀具的磨損較輕,工件的表面加工質(zhì)量良好同時(shí)加工效率有一定的提高。3.采用多目標(biāo)優(yōu)化軟件Isight進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,以主軸轉(zhuǎn)速n、進(jìn)給量f、背吃刀量pa、徑向切深ea為初始設(shè)計(jì)變量,采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)并采集足夠的樣本點(diǎn),之后采用響應(yīng)面法建立近似模型并對(duì)響應(yīng)面模型進(jìn)行交互式影響分析,分析設(shè)計(jì)變量對(duì)響應(yīng)模型的主效應(yīng),最后對(duì)響應(yīng)面模型進(jìn)行精度檢測(cè)以及誤差分析,顯示檢測(cè)合格。用AMGA存檔微遺傳算法對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化分析,找到最優(yōu)解,優(yōu)化后,銑削力yF、zF和銑削溫度T有所下降,實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化的目的。4.在數(shù)控加工中心上進(jìn)行銑削試驗(yàn),試驗(yàn)的方案與模擬方案和優(yōu)化方案相同。通過VHX-1000C型超景深顯微鏡對(duì)CFRP試樣進(jìn)行表面形貌的觀察,將銑削試驗(yàn)的觀測(cè)結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果顯示,銑削試驗(yàn)的觀測(cè)結(jié)果同有限元模擬結(jié)果的吻合度較高。采用優(yōu)化方案進(jìn)行銑削試驗(yàn),觀察表面形貌,將銑削試驗(yàn)的觀測(cè)結(jié)果與有限元模擬的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果顯示,采用優(yōu)化方案進(jìn)行CFRP銑削試驗(yàn)得到的表面質(zhì)量有一定的提高。最終得到結(jié)論,CFRP銑削有限元模型具有較高的可信度,并且參數(shù)優(yōu)化的結(jié)果可行,說明通過有限元模擬的方法進(jìn)行CFRP銑削模擬是完全可行的,對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐具有一定的參考意義。
[Abstract]:Carbon Fiber Reinforced Plastics ( CFRP ) has a low density than traditional steel , and has a wider application prospect in the fields of national defense , aerospace , transportation , medical , military , etc . The effects of various factors on the milling force , milling temperature , surface stress , tool wear and machining quality of the workpiece are analyzed . The results show that the surface quality of the milling test is higher than that of the FEM simulation .

【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB332

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1725884