本文關(guān)鍵詞：碳纖維增強復(fù)合材料切削實驗與仿真研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近幾十年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，碳纖維增強復(fù)合材料在航空、航天、汽車、造船及土建方面得到日益廣泛的應(yīng)用。使用復(fù)合材料不僅能減輕結(jié)構(gòu)件的重量，而且還可以大大提升其抵抗破壞的能力。然而，由于復(fù)合材料的特殊組成形態(tài)，造成其在加工過程中極易產(chǎn)生分層，開裂、毛刺等各種缺陷，嚴重影響了復(fù)合材料的加工精度，從而制約了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，對復(fù)合材料切削機理進行系統(tǒng)研究已成為當(dāng)前亟需解決的關(guān)鍵問題。復(fù)合材料力學(xué)在上世紀60年代后的發(fā)展步伐明顯加快，對復(fù)合材料的各種性能從宏觀到微觀上都形成了較為成熟的理論體系，為復(fù)合材料機械性能的分析和研究提供了良好的平臺。復(fù)合材料的加工方法可以分為常規(guī)加工和非常規(guī)加工兩種，而在常規(guī)加工中，切削為最主要的加工方式，目前對復(fù)合材料切削加工研究主要集中在實驗上，且大部分研究都側(cè)重于切削力、切削表面質(zhì)量、纖維的斷裂等一些表面現(xiàn)象的研究上，對基體的破壞、基體的損傷、工件亞表面的損傷等方面研究還不夠。 本文采用實驗與有限元方法相結(jié)合的手段對碳纖維增強復(fù)合材料切削機理進行研究，，利用有限元分析軟件Abaqus對普通切削和超聲振動切削模型進行仿真模擬，分別對普通切削和超聲振動切削的加工機理進行分析研究。設(shè)計了碳纖維增強復(fù)合材料正交切削實驗，并與有限元仿真結(jié)果進行對比分析，得到的主要結(jié)論有： （1）通過設(shè)計碳纖維增強復(fù)合材料正交切削實驗，發(fā)現(xiàn)切削力隨著纖維方向角度的增加而呈現(xiàn)快速增長，但切削抗力并不隨著纖維方向角度的增加而增加，當(dāng)纖維方向角度為45o時切削抗力達到最大值，當(dāng)纖維方向不變時隨著切削深度的增加切削力增大。通過對不同纖維方向角度下切屑形態(tài)和加工表面質(zhì)量進行分析，發(fā)現(xiàn)隨著纖維方向角度的改變切屑形態(tài)也不同，當(dāng)纖維方向角度為0o加工表面質(zhì)量良好，當(dāng)纖維方向角度為45o時加工表面有毛刺產(chǎn)生且工件表面有一定程度的撕裂，當(dāng)纖維方向角度為90o時加工表面有凹坑產(chǎn)生，在工件表層出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，且撕裂方向與纖維方向平行。 （2）選用Hashin Damage失效準(zhǔn)則，通過定義復(fù)合材料在各種失效模式下的極限應(yīng)力，模擬復(fù)合材料單層板加工中的失效，通過正交實驗切削力與仿真切削力進行對比分析驗證仿真模型的準(zhǔn)確性。從仿真結(jié)果可以看出，纖維方向是影響切削力大小的主要因素，纖維方向不同時基體的破壞也不同，基體的損傷方向大致與纖維方向平行，隨著纖維方向角度的增加工件亞表面的損傷破壞深度也隨之增加。 （3）建立碳纖維增強復(fù)合材料超聲振動切削模型，對其切削機理進行研究發(fā)現(xiàn)，與普通切削相比超聲振動切削基體的損傷破壞區(qū)域有所降低。超聲振動切削工件亞表面的損傷深度與普通切削相比也有所減小。通過改變振幅和頻率對超聲振動切削過程進行理論分析，發(fā)現(xiàn)提高振動頻率和振幅不僅可以降低切削力還可以減小基體破壞和基體的損傷。
【關(guān)鍵詞】：有限元 碳纖維增強復(fù)合材料 超聲振動切削 纖維方向 基體破壞 損傷
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TB33;TG506
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 選題目的及意義10-11
• 1.2 復(fù)合材料簡介11-14
• 1.2.1 復(fù)合材料分類及性能11-13
• 1.2.2 復(fù)合材料的機械加工方法13-14
• 1.2.3 碳纖維復(fù)合材料機械加工特點14
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-19
• 1.3.1 復(fù)合材料切削加工研究概況分析15-17
• 1.3.2 復(fù)合材料切削加工有限元仿真研究17-19
• 1.4 存在的主要問題19-20
• 1.5 論文的主要工作20-22
• 1.5.1 復(fù)合材料正交切削實驗研究20
• 1.5.2 復(fù)合材料切削模型的建立20-21
• 1.5.3 復(fù)合材料切削有限元研究分析21
• 1.5.4 復(fù)合材料超聲振動切削有限元研究分析21-22
• 第2章 碳纖維增強復(fù)合材料切削實驗研究22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 實驗條件及實驗方案22-28
• 2.2.1 機床22-23
• 2.2.2 切削力測量系統(tǒng)23-27
• 2.2.3 工件材料屬性27
• 2.2.4 實驗刀具27
• 2.2.5 實驗夾具27-28
• 2.2.6 實驗方案28
• 2.3 實驗結(jié)果分析研究28-32
• 2.3.1 纖維方向?qū)η邢髁Φ挠绊?/span>28-29
• 2.3.2 纖維方向?qū)η邢髁Φ挠绊?/span>29-30
• 2.3.3 切削厚度對切削力的影響30-31
• 2.3.4 纖維方向?qū)η行夹螒B(tài)的影響31
• 2.3.5 纖維方向?qū)庸け砻尜|(zhì)量的影響31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-34
• 第3章 碳纖維增強復(fù)合材料切削過程有限元建模34-45
• 3.1 引言34
• 3.2 切削加工過程有限元分析理論基礎(chǔ)34-37
• 3.2.1 有限元分析基本思想和方法介紹34-36
• 3.2.2 切削過程中的彈塑性力學(xué)分析36-37
• 3.3 碳纖維增強復(fù)合材料切削過程有限元建模方法37-44
• 3.3.1 復(fù)合材料切削過程的斷屑形式37-38
• 3.3.2 復(fù)合材料的失效模型38-42
• 3.3.3 刀-屑摩擦模型42-43
• 3.3.4 有限元網(wǎng)格劃分技術(shù)43-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第4章 碳纖維增強復(fù)合材料切削過程模擬及分析研究45-54
• 4.1 引言45
• 4.2 有限元仿真模型的建立45-48
• 4.2.1 正交切削幾何模型的建立45-46
• 4.2.2 材料模型46-47
• 4.2.3 切削參數(shù)確定47-48
• 4.3 切削仿真結(jié)果分析48-53
• 4.3.1 切削力分析48-49
• 4.3.2 基體破壞分析49-50
• 4.3.3 基體損傷演化分析50-52
• 4.3.4 亞表面破壞分析52-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第5章 碳纖維增強復(fù)合材料超聲振動切削有限元仿真54-71
• 5.1 引言54
• 5.2 超聲振動切削有限元模型的建立54-57
• 5.3 超聲振動切削幾何模型及切削參數(shù)的確定57-58
• 5.3.1 幾何模型的確定57
• 5.3.2 超聲振動切削參數(shù)的確定57-58
• 5.4 超聲振動切削與普通切削仿真結(jié)果對比分析58-64
• 5.4.1 切削力分析58-59
• 5.4.2 應(yīng)力場分析59-60
• 5.4.3 基體的破壞分析60-61
• 5.4.4 基體的損傷演化分析61-63
• 5.4.5 亞表面破壞分析63-64
• 5.5 振幅對超聲振動切削過程的影響64-67
• 5.5.1 振幅對切削力的影響65
• 5.5.2 振幅對基體破壞的影響65-66
• 5.5.3 振幅對基體損傷的影響66-67
• 5.6 頻率對超聲振動切削過程的影響67-70
• 5.6.1 頻率對切削力的影響67-68
• 5.6.2 頻率對基體破壞的影響68
• 5.6.3 頻率對基體損傷的影響68-70
• 5.7 本章小結(jié)70-71
• 第6章 總結(jié)與展望71-74
• 6.1 工作總結(jié)71-73
• 6.2 工作展望73-74
• 參考文獻74-79
• 攻讀碩士學(xué)位論文期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文79-80
• 參與的科研項目80-81
• 致謝81-82

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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3 張厚江,陳五一,陳鼎昌;碳纖維復(fù)合材料的鉆削加工[J];新技術(shù)新工藝;1998年05期

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  本文關(guān)鍵詞：碳纖維增強復(fù)合材料切削實驗與仿真研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：322749