本文關(guān)鍵詞：NOMEX蜂窩復(fù)合材料直刃刀超聲復(fù)合切割機(jī)理研究

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【摘要】：由于NOMEX蜂窩復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比剛度、耐腐蝕、絕緣性能好等一系列優(yōu)良特性，目前在航天航空領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。NOMEX蜂窩復(fù)合材料是一種典型的難加工纖維材料，傳統(tǒng)的高速銑削加工時(shí),材料表面容易出現(xiàn)基體開(kāi)裂、毛刺、外形缺陷等現(xiàn)象，這些加工缺陷降低了結(jié)構(gòu)件的使用性能，難以滿(mǎn)足航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用需求。針對(duì)這些問(wèn)題，近年來(lái)國(guó)內(nèi)開(kāi)始引進(jìn)超聲復(fù)合切割技術(shù)，但是由于該技術(shù)在國(guó)內(nèi)起步較晚，目前對(duì)超聲復(fù)合切割加工技術(shù)的研究還處于初級(jí)階段，對(duì)蜂窩復(fù)合材料的加工研究?jī)H限于銑削加工原理及加工工藝方面，對(duì)蜂窩復(fù)合材料的超聲復(fù)合切割加工尚未進(jìn)行系統(tǒng)化的從加工機(jī)理到加工工藝研究，以至于尚未能夠?qū)崿F(xiàn)蜂窩復(fù)合材料的高效、優(yōu)質(zhì)加工，這在一定程度上限制了其在航空領(lǐng)域的應(yīng)用。針對(duì)此本文以直刃刀超聲復(fù)合切割NOMEX蜂窩復(fù)合材料為研究對(duì)象，開(kāi)展超聲復(fù)合切割機(jī)理及加工工藝參數(shù)優(yōu)化研究，主要研究?jī)?nèi)容與成果如下： （1）針對(duì)目前未形成完善的NOMEX蜂窩復(fù)合材料超聲復(fù)合切割加工機(jī)理體系，本文基于直刃刀超聲蜂窩復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析，應(yīng)用動(dòng)態(tài)斷裂力學(xué)理論研究蜂窩復(fù)合材料超聲復(fù)合切割微觀斷裂機(jī)理，研究表明加入超聲振動(dòng)后，振動(dòng)沖擊作用引起材料內(nèi)部裂紋快速擴(kuò)展，材料出現(xiàn)超前微觀斷裂，從而減小了切割力。并在此基礎(chǔ)上，建立了切割力與工藝參數(shù)及刀具參數(shù)的關(guān)系理論模型，為工藝參數(shù)優(yōu)化奠定理論基礎(chǔ)。 （2）針對(duì)當(dāng)前NOMEX蜂窩復(fù)合材料超聲切割加工中工藝參數(shù)具有盲目性以及加工質(zhì)量、加工效率不理想問(wèn)題，本文進(jìn)行直刃刀有超聲和無(wú)超聲兩種條件下切割NOMEX蜂窩復(fù)合材料的切割力試驗(yàn)研究。研究表明與普通切割加工相比，超聲復(fù)合切割加工可以有效地降低切割力，獲得較好的表面加工質(zhì)量，具有突出加工優(yōu)勢(shì)；研究總結(jié)各切割參數(shù)及切割參數(shù)兩兩交互作用對(duì)切割力的影響，研究表明合理選擇刀具擺角、刀具前傾角、切割深度工藝參數(shù)對(duì)減小切割力改善加工質(zhì)量具有重要意義，并為工藝參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)；研究結(jié)果很好地驗(yàn)證了建立的切割力理論模型正確性； （3）針對(duì)超聲切割加工中切割參數(shù)如何合理選擇一直沒(méi)有得到很好的解決問(wèn)題，本文以提高加工效率和加工質(zhì)量為出發(fā)點(diǎn)，建立以切割力和材料去除率為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，，開(kāi)展優(yōu)化切割參數(shù)優(yōu)化研究，應(yīng)用一種結(jié)合了遺傳算法的全局搜索尋優(yōu)和非線性規(guī)劃算法的局部尋優(yōu)的優(yōu)化算法進(jìn)行切割參數(shù)的優(yōu)化計(jì)算，獲取最佳工藝參數(shù)。優(yōu)化結(jié)果表明:優(yōu)化工藝參數(shù)的結(jié)果與理論分析結(jié)果相一致，說(shuō)明該優(yōu)化結(jié)果的正確性，可為實(shí)際加工過(guò)程中的工藝參數(shù)的合理選擇提供了一定的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：NOMEX蜂窩復(fù)合材料 直刃刀 超聲復(fù)合切割 運(yùn)動(dòng)學(xué) 切割力 工藝參數(shù)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：V250
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料的特性及應(yīng)用11-13
• 1.1.1 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料的特性11-12
• 1.1.2 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料的應(yīng)用12-13
• 1.2 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料及加工的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料的性能研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料銑削工藝研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料的切削機(jī)理研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.4 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料超聲復(fù)合切割技術(shù)研究現(xiàn)狀16
• 1.3 課題的來(lái)源、研究意義與目的、技術(shù)路線及主要研究?jī)?nèi)容16-21
• 1.3.1 課題的來(lái)源16
• 1.3.2 論文的研究意義與目的16-17
• 1.3.3 論文的研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線17-19
• 1.3.4 論文的框架及內(nèi)容19-21
• 1.4 本章小結(jié)21-22
• 第二章 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料超聲復(fù)合切割加工技術(shù)及工藝22-31
• 2.1 引言22
• 2.2 超聲加工技術(shù)22-26
• 2.2.1 超聲加工原理22-23
• 2.2.2 超聲波加工設(shè)備的組成23-25
• 2.2.3 超聲波加工特點(diǎn)及應(yīng)用25-26
• 2.3 數(shù)控超聲復(fù)合切割技術(shù)26-28
• 2.3.1 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料超聲復(fù)合切割技術(shù)的發(fā)展26
• 2.3.2 超聲復(fù)合切割加工原理26-27
• 2.3.3 超聲復(fù)合切割加工的特點(diǎn)及應(yīng)用27-28
• 2.4 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料直刃刀超聲復(fù)合切割加工工藝28-30
• 2.4.1 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料超聲復(fù)合切割的固持方法28-29
• 2.4.2 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料直刃刀超聲復(fù)合切割加工工藝分析29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料超聲復(fù)合切割微觀斷裂機(jī)理及切割力建模31-51
• 3.1 前言31
• 3.2 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料的本構(gòu)特征分析31-35
• 3.2.1 蜂窩復(fù)合材料相對(duì)密度32
• 3.2.2 蜂窩復(fù)合材料面內(nèi)力學(xué)特性32-34
• 3.2.3 蜂窩復(fù)合材料面外力學(xué)特性34-35
• 3.3 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料直刃刀超聲復(fù)合切割運(yùn)動(dòng)特性分析35-37
• 3.3.1 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料直刃刀超聲復(fù)合切割運(yùn)動(dòng)學(xué)分析35
• 3.3.2 超聲復(fù)合切割中刀具—工件間斷性接觸分析35-37
• 3.4 基于斷裂力學(xué)的蜂窩復(fù)合材料直刃刀超聲復(fù)合切割微觀斷裂機(jī)理研究37-44
• 3.4.1 在超聲振動(dòng)沖擊作用下切割蜂窩復(fù)合材料的力分析37-38
• 3.4.2 在超聲振動(dòng)沖擊作用下 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料微觀斷裂分析38-44
• 3.5 直刃刀超聲復(fù)合切割 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料的切割力建模44-49
• 3.5.1 無(wú)超聲作用下直刃刀切割蜂窩復(fù)合材料的切割力分析45-47
• 3.5.2 有超聲作用下直刃刀切割蜂窩復(fù)合材料的切割力分析47-49
• 3.6 本章小結(jié)49-51
• 第四章 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料直刃刀超聲復(fù)合切割力試驗(yàn)研究51-74
• 4.1 前言51
• 4.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置及材料51-54
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備51-52
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)材料52-53
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)及原理53-54
• 4.2.4 基于虛擬儀器的測(cè)力平臺(tái)54
• 4.3 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料直刃刀超聲復(fù)合切割力試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)54-57
• 4.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)概述54-55
• 4.3.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)55-57
• 4.4 有超聲和無(wú)超聲條件下 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料切割試驗(yàn)研究57-72
• 4.4.1 單因素試驗(yàn)57-59
• 4.4.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析59-63
• 4.4.2.1 有超聲和無(wú)超聲下切割蜂窩復(fù)合材料的切割力對(duì)比分析59-60
• 4.4.2.2 工藝參數(shù)對(duì)切割力的影響規(guī)律分析及切割力理論模型驗(yàn)證60-63
• 4.4.3 正交試驗(yàn)63-64
• 4.4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析64-70
• 4.4.4.1 工藝參數(shù)對(duì)切割力的顯著性分析64-65
• 4.4.4.2 因素兩兩交互作用對(duì)切割力的影響規(guī)律分析65-70
• 4.4.5 無(wú)超聲和有超聲條件下 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料加工表面質(zhì)量分析70-72
• 4.5 本章小結(jié)72-74
• 第五章 基于遺傳算法和非線性規(guī)劃函數(shù)尋優(yōu)算法優(yōu)化切割參數(shù)74-84
• 5.1 前言74
• 5.2 基于遺傳算法和非線性規(guī)劃函數(shù)尋優(yōu)算法理論74-78
• 5.2.1 遺傳算法的原理75-78
• 5.2.2 非線性規(guī)劃尋優(yōu)78
• 5.2.3 終止循環(huán)準(zhǔn)則78
• 5.3 建立切割參數(shù)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型78-81
• 5.3.1 切割參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)78-80
• 5.3.2 切割參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)變量80
• 5.3.3 切割參數(shù)優(yōu)化的約束條件80-81
• 5.4 工藝參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果分析81-83
• 5.5 本章小結(jié)83-84
• 第六章 結(jié)論與展望84-87
• 6.1 結(jié)論84-85
• 6.2 展望85-87
• 致謝87-88
• 參考文獻(xiàn)88-92
• 附錄92

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：709205