王巍
,
陈燕
,
王伟峰
机械工程材料
采用普通麻花钻和三刃麻花钻对碳纤维增强树脂基复合材料进行了钻削试验，研究了钻头结构、顶角对钻削轴向力及加工孔内壁粗糙度的影响。结果表明：普通麻花钻的顶角越大，钻削轴向力越大；三刃麻花钻顸角的增大对钻削轴向力没有明显影响；三刃麻花钻钻头扭转振动引起钻削轴向力的波动明显小于普通麻花钻的，且前者加工孔的内壁粗糙度小于后者的；随着顶角的增大，两种钻头加工的孔内壁粗糙度都得到了显著降低。
关键词:
碳纤维增强树脂基复合材料
,
普通麻花钻
,
三刃麻花钻
,
钻削轴向力
,
粗糙度
路冬
,
李志凯
,
融亦鸣
,
舒嵘
复合材料学报
为了对碳纤维增强树脂基复合材料切削加工过程中的基体破坏及亚表层损伤机制进行研究,借助数值仿真方法建立了基于宏观各向异性的复合材料正交切削有限元模型.采用Hashin Damage失效准则,通过定义纤维拉伸断裂、压缩屈曲极限应力及基体横向拉伸断裂、剪切断裂极限应力等数值,建立了复合材料切削加工动态物理仿真模型.通过切削力仿真值与实验值的比较,验证了仿真模型的有效性.通过对0°和90°纤维方向复合材料基体开裂和压溃的分析发现,当进入稳定切削后,基体开裂方向与纤维方向平行,而基体的压溃主要发生在刀尖周围.分析了纤维方向对复合材料亚表面损伤深度的影响,随着纤维方向角度的增加,工件亚表面裂纹损伤深度呈增长趋势.
关键词:
碳纤维增强树脂基复合材料
,
切削仿真
,
失效准则
,
极限应力
,
纤维方向
毕凤阳
,
杨波
,
金天国
,
刘文剑
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20140605.002
针对控制大幅面CFRP制件成型后的形状精度这一关键技术问题,在剪切层法预测变形的基础上提出了一种改进的剪切层变形模拟方法.改进的方法只需少量制件实验数据,通过计算应变曲线曲率确定剪切层厚度,进而较准确地预测了CFRP制件的翘曲变形.基于变形模拟方法建立了一种大幅面CFRP制件形状精度控制方法,这一方法通过将模拟获得的变形不断补偿于初始模具型面来降低最终制件的变形.通过与实验数据的对比,证明了采用控制方法可以有效提高成型制件的精度,降低变形.
关键词:
碳纤维增强树脂基复合材料
,
变形控制
,
预先补偿法
,
变形模拟
,
模具设计
陈燕
,
葛恩德
,
傅玉灿
,
苏宏华
,
徐九华
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20150211.002
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有优越的物理和力学性能,已在航空制造工业中得到大量应用.在主承力结构中,CFRP与金属材料的连接通常为机械连接.然而,CFRP的各向异性严重影响了其制孔质量.由于CFRP和金属具有截然不同的材料属性,CFRP/金属叠层结构制孔技术成为飞机装配过程中的一大难题.本文首先阐述了CFRP及其叠层结构在切削过程中的切屑形成机制、钻削力和钻削热的研究现状;其次,剖析了钻削过程中典型加工损伤,如毛刺与撕裂、分层缺陷及孔壁表面损伤的产生原因和影响因素;然后,介绍了CFRP制孔刀具材料和几何结构的优化设计研究进展,并综述了螺旋铣孔、变工艺参数钻削、“以磨代钻”和振动辅助制孔等多种CFRP及其叠层结构加工新技术及钻削过程的仿真研究.最后,借鉴钎焊工具和超声振动技术的独特优势,提出了磨粒有序排布钎焊金刚石工具的超声振动加工构想,以达到CFRP及其叠层结构的精密高效制孔加工这一目的.
关键词:
碳纤维增强树脂基复合材料
,
叠层结构
,
钻削
,
加工缺陷
,
金刚石工具
柳锦春
,
高建岗
,
赵启林
,
孙建
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160113.001
通过试验研究了预紧力、齿长和载荷水平对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)预紧力单齿接头(PTSTC)静态和疲劳性能的影响。试验结果表明：CFRP PTSTC 的疲劳极限承载力可以达到静态极限承载力的80%~85%,与螺栓等传统连接方式相比,其疲劳性能具有一定优势；预紧力可以显著改善 CFRP 单齿接头的静态和疲劳性能；CFRP PTSTC的静态极限承载力随齿长增加而升高,但是在相同载荷水平下增加齿长不一定可以延长接头的疲劳寿命,尤其是在低载荷水平下齿长增加反而会缩短疲劳寿命；在加载初期,PTSTC的疲劳裂纹快速萌生,之后扩展缓慢,在接近破坏前的几次循环中又骤然增大,预紧力可以减缓疲劳损伤的累积速率；疲劳过程中PTSTC的刚度衰退不明显,在前95%疲劳寿命阶段仅下降1%~4%,预紧力也可以减缓刚度的衰退速率。所得研究成果可为复合材料接头抗疲劳设计提供参考依据。
关键词:
碳纤维增强树脂基复合材料
,
预紧力单齿接头
,
疲劳
,
滞回环
,
损伤累积
苏慧敏
,
罗忠兵
,
曹欢庆
,
周伯堃
,
林莉
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160315.013
为提高碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)单向板弹性常数的超声表征精度,基于超声液浸背反射法开展了实验测量和数值模拟.首先,搭建了角度旋转测试装置,并结合信号互相关处理技术实现了不同方向上的延时测量和声速计算;然后,通过模拟退火优化算法反演声速数据,得到了5个独立弹性常数;最后,利用理论计算和CIVA软件模拟仿真对实验测量结果进行了验证.结果表明:1-3平面内准纵波和准横波声速随入射角度而变化,与1-2平面内的表现出明显差异,由此显示材料为横观各向同性的;独立弹性常数分别为12.88、6.39、126.83、4.85、2.97 GPa;理论计算、CIVA软件模拟仿真及实验测量结果的声速偏差小于6.4 m/s,实验数据波动范围小于0.33％,对应的弹性常数误差均小于0.47％.相关方法同样适用于其他正交各向异性介质的弹性常数测试.
关键词:
碳纤维增强树脂基复合材料
,
弹性常数
,
无损
,
超声
,
表征精度
贾振元
,
宿友亮
,
张博宇
,
陈晨
,
王福吉
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20150612.001
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)加工中基体相极易因切削力过大而破坏,并迅速扩展至加工表面以下而形成损伤.为了准确预测其切削力并加以控制,基于实验切削力数据建立了人工神经网络切削力模型,预测了不同纤维角度、切削深度和刀具角度下加工CFRP的切削力变化规律,并完成了不同刀具角度及切削参数下典型纤维角度CFRP单向板的直角切削实验,对预测模型进行验证,其预测精度可达85％以上.结合成屑过程在线显微观测结果可知:纤维角度是影响CFRP切削力的主要因素,0°～l35°范围内,切屑形成方式为切断型和开裂后弯断型;切削力随纤维角度增大呈先减小后增大的趋势,135°时最大,随切削深度增加,切削力总体呈增大趋势.
关键词:
碳纤维增强树脂基复合材料
,
切削力
,
纤维方向
,
神经网络
,
切屑形成
胡安东
,
陈燕
,
傅玉灿
,
徐九华
,
刘思齐
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20150901.001
为研究超声振动辅助铣磨加工对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)切削力和表面质量的影响,建立了超声振动辅助铣磨加工的切削力模型,进行了磨粒运动轨迹、刀具锋利化效果及单颗磨粒切厚的理论分析及试验验证.结果表明:超声振动辅助铣磨加工与传统铣磨加工相比切削力更小、加工质量更好.当每齿进给量从4 μm/z增加到8μm/z时,超声振动辅助铣磨加工的切削力增加了44.7％,小于传统铣磨加工的84.9％;同样,当切深从200 μm增加到400 μm时,超声振动辅助铣磨加工的切削力增加了187.8％,小于传统铣磨加工的209％;在相同加工参数下,超声振动辅助铣磨加工的工件表面与传统铣磨加工相比,树脂涂覆、表面凹坑和纤维拔出量明显减少.
关键词:
碳纤维增强树脂基复合材料
,
超声振动辅助铣磨加工
,
切削力模型
,
磨粒运动轨迹
,
刀具锋利化效果
钱宝伟
,
刘巍
,
贾振元
,
付饶
,
白玉
,
何春伶
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160823.001
为了研究碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料切削中刀具在不同部位的磨损机制和规律,以典型的硬质合金双顶角钻头作为研究对象,主要研究对出口分层影响较大的横刃和对最终制孔L成型影响较大的第二主切削刃的磨损机制及规律.通过减小磨损测量间隔,并引入切削刃钝圆半径以及后刀面磨损带宽度,表征了横刃和第二主切削刃在加工中的衰变过程.基于显微刃口观测和钝圆半径变化,揭示横刃易崩刃和第二主切削刃磨损后又受到重新刃磨的磨损机制,获得了此类型钻头不同部位的磨损规律.同时,基于上述的磨损表征,研究不同切削部位磨损量对钻削轴向力和力矩的影响,横刃轴向力与横刃钝圆半径变化相关性较小,而钻削最大力矩与第二主切削刃后刀面磨损变化规律相一致.
关键词:
碳纤维增强树脂基复合材料
,
双顶角钻头
,
磨损机制
,
切削刃钝化
,
后刀面磨损
蔡晓江
,
唐宏亮
,
倪云龙
,
陈明
宇航材料工艺
doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2016.04.016
以正交切削试验为手段,研究T800 CFRP在小切削余量条件下的切削加工过程和表面形成规律,深入探讨了CFRP在精密切削加工中的切削取向、切削参数范围以及刀具刃口钝圆半径等几个关键问题.试验结果表明:CFRP在切削加工中表现出极为显著的各向异性,切削取向非常重要,0°和135°两个纤维方向上获取了较小的切削力,0°和90°两个纤维方向上形成了较为光滑、平整的表面质量.在精密削CFRP的场合,为获得较小的切削力并得到较好的加工表面质量,0°纤维方向角是最佳切削方向,切削速度应达到200 m/min以上,要选择较小的刀具刃口钝圆半径,切削厚度应大于刀具刃口钝圆半径.
关键词:
碳纤维增强树脂基复合材料
,
精密切削
,
切削力
,
表面质量
