碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(CFRP)具有層間結(jié)合強(qiáng)度低、各向異性等特點,切削過程中易產(chǎn)生層間損傷。為了對CFRP銑削加工過程中的層間應(yīng)力、層間損傷進(jìn)行研究,建立了復(fù)合材料三維銑削仿真模型。該模型在結(jié)構(gòu)上采用等效均質(zhì)建模,層內(nèi)單元利用VUMAT子程序建立了三維Hashin起始失效準(zhǔn)則以及損傷演化過程模型,層間采用Cohesive單元連接以模擬層間損傷的產(chǎn)生及擴(kuò)展。通過與實驗切削力數(shù)值的比較,驗證了仿真模型的準(zhǔn)確性。利用該模型分析了切削力、層間應(yīng)力及層間損傷隨纖維方向角(0°、45°、90°、135°)的變化規(guī)律。結(jié)果表明:銑削過程加工損傷主要集中在近工件表面。銑削力、層間應(yīng)力、層間損傷受纖維方向角的影響,纖維方向角為90°與135°時,軸向銑削力較大,層間應(yīng)力與層間損傷均隨纖維方向角的增加而增大,纖維方向角為135°時,層間應(yīng)力最大,層間損傷最嚴(yán)重。

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圖1Cohesive單元應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

層間通過Cohesive單元連接并傳遞應(yīng)力，Cohesive單元應(yīng)力應(yīng)變相應(yīng)如圖1所示，在切削載荷作用下，Cohesive單元發(fā)生線彈性變形，達(dá)到臨界等效應(yīng)力后產(chǎn)生損傷發(fā)生剛度退化，最終單元刪除，層間開裂。采用二次名義應(yīng)力準(zhǔn)則作為層間單元損傷起始判據(jù)，此準(zhǔn)則用公式（10）表示。當(dāng)....

圖2銑削CFRP有限元模型

三維銑削CFRP有限元模型主要由三大部分組成：刀具、層合板、層間部分，由于尺寸及層數(shù)的增加會導(dǎo)致計算效率急劇降低，而層間應(yīng)力及損傷主要集中在切削區(qū)，故將模型簡化為如圖2所示，工件的尺寸為5mm×3mm×2mm，分為4層，每層厚0.5mm；層與層之間設(shè)置Cohesive單元。....

圖3銑削實驗設(shè)置

工件尺寸大小為250mm×120mm×2.5mm。如圖3所示，CFRP層合板通過兩塊壓板固定以降低切削過程中振動，刀具采用Φ10mm硬質(zhì)合金銑刀，銑刀結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2。銑刀通過逆銑的方式沿著工件的長邊緣不斷向前進(jìn)給，工件厚度為2.5mm，因而切削深度ap為2.5mm，其....

圖4CFRP單向板切削力隨纖維方向角的變化

圖4為銑削CFRP單向?qū)雍习宓娜蚯邢髁﹄S纖維方向角的變化規(guī)律。由于仿真中模型厚度的增加會導(dǎo)致計算時間的急劇增加，因此實驗與仿真均取單位厚度的切削力（N/mm）進(jìn)行對比驗證，其中實驗與仿真的銑削力分別取穩(wěn)定切削區(qū)域的切削力峰值的平均值。通過對比切削不同纖維方向角的CFRP產(chǎn)生的切....

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