復(fù)合材料因具有比強(qiáng)度高、比模量大和耐腐蝕性強(qiáng)等特點,在航空航天領(lǐng)域取得了日益廣泛的應(yīng)用,其中碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（Carbon Fiber-Reinforced Polymer,CFRP）的用量更是隨著產(chǎn)品的升級換代而逐步提高。CFRP是由纖維與樹脂基體組成的預(yù)浸料經(jīng)加溫加壓鋪疊而成的典型各向異性材料,同時具有高硬度、高脆性和非勻質(zhì)的特點,材料的力學(xué)性能受加載方向的影響極大,制孔時在鉆頭多個切削刃共同高速切削下極易產(chǎn)生纖維拔出、毛刺、分層、微裂紋和基體灼傷等多種形式的損傷。飛機(jī)產(chǎn)品裝配中,CFRP零件常常需要與其它結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械連接,上述制孔損傷的存在將對連接部位的服役性能產(chǎn)生較大影響,制約著飛機(jī)產(chǎn)品朝著高可靠性和長服役壽命方向發(fā)展。為抑制CFRP制孔損傷,本文圍繞CFRP制孔損傷機(jī)理及鉆頭結(jié)構(gòu)改型方法展開研究。首先,從CFRP單刃切削機(jī)理入手,研究纖維與基體在切削載荷作用下的斷裂失效形式,采用有限元仿真與實驗相結(jié)合的方法,解析從細(xì)觀切削行為到宏觀響應(yīng)的跨尺度關(guān)聯(lián)關(guān)系,提出面向次表面損傷、毛刺損傷和分層損傷的抑制策略;其次,建立鉆削力在整個制孔過程和鉆頭旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)的分布規(guī)律模型,闡述... 

【文章來源】：西北工業(yè)大學(xué)陜西省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：125 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

孔周損傷區(qū)域SEM圖像

Wang 等在傳統(tǒng)麻花鉆的基礎(chǔ)上，對前，使得主切削刃上的前角近似處處相等，即接近橫同等鋒利，如圖 1-7 所示。該鉆頭改型是針對金屬大幅降低，若將此鉆頭應(yīng)用于 CFRP 制孔除同樣降纖維和基體的去除效率。因此，盡管此工作是針對 CFRP 制孔鉆頭改型具有諸多啟示。

圖 1-8 帶螺旋槽的匕首鉆改型結(jié)構(gòu)[21]通過以上分析可知，鉆頭的幾何結(jié)構(gòu)和類型極大程度上決定了 CFRP 材料的制孔質(zhì)量，其優(yōu)先程度處于工藝參數(shù)優(yōu)化的上游，國內(nèi)外學(xué)者在對刀具角度確定、鉆頭選型和結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面做了大量工作，為本文研究的順利進(jìn)行奠定了基礎(chǔ)，然而仍存在以下不足之處：1）對鉆頭角度與結(jié)構(gòu)的改型多建立在對軸向力、刀具磨損和籠統(tǒng)的制孔質(zhì)量的分析之上，并未有針對性地研究刀具角度與纖維與基體的切削失效機(jī)理之間的聯(lián)系。更進(jìn)一步而言，忽略了切削刃-纖維和纖維-纖維之間的相互作用及其耦合關(guān)系在損傷形成時發(fā)揮的作用。2）并沒有區(qū)分 CFRP 不同類型的制孔損傷，進(jìn)而有針對性地改進(jìn)制孔刀具，造成優(yōu)化后的鉆頭適用于特定損傷的抑制，而其余的損傷仍不得不依靠工藝參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行控制。對此，需充分分析纖維在多方面作用力下產(chǎn)生多種變形的基礎(chǔ)上，進(jìn)行包括切削形式、刀具受載狀態(tài)及切削刃切削效果等多方面的分析論證，結(jié)合對損傷機(jī)理的分析，開展面向不同損傷類型均衡抑制的刀具結(jié)構(gòu)改型研究。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]樹脂基復(fù)合材料鉆削缺陷產(chǎn)生機(jī)理與控制策略研究[D]. 汪海晉.山東大學(xué) 2016
[2]數(shù)字圖像相關(guān)方法及其在材料力學(xué)性能測試中的應(yīng)用[D]. 劉小勇.吉林大學(xué) 2012
[3]疊層復(fù)合材料鉆削加工缺陷產(chǎn)生機(jī)理及工藝參數(shù)優(yōu)化[D]. 李桂玉.山東大學(xué) 2011

碩士論文
[1]雙頂角鉆尖幾何參數(shù)對碳纖維復(fù)合材料鉆削軸向力和制孔分層的影響[D]. 何春伶.大連理工大學(xué) 2016
[2]碳纖維復(fù)合材料鉆削軸向力及刀具磨損的試驗研究[D]. 魏良耀.南京理工大學(xué) 2013
[3]碳纖維復(fù)合材料制孔缺陷及對策的試驗研究[D]. 李鳳全.大連理工大學(xué) 2008



本文編號：2908180