纤维增强复合材料切削与制孔损伤的数值研究

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1、中图分类号：V214.8论文编号：102870118-S056学科分类号：080104硕士学位论文纤维增强复合材料切削与制孔损伤的数值研究研究生姓名鲁浩学科、专业工程力学研究方向先进（复合）材料的力学行为指导教师周储伟教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二○一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringNumericalStudyonCuttingandDrillingDamagesofFiber

2、ReinforcedCompositeAThesisinEngineeringMechanicsbyLuHaoAdvisedbyProf.ZhouChuweiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学

3、位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要纤维增强复合材料具有高比强度、高比模量、耐腐蚀等优点，被广泛运用在航空航天、军事、能源、建筑等领域。复合材料构件普遍采用切削进行加工，结构的装配也会采用铆钉或螺栓进行连接，机加工会引入损伤，而制孔质量是影响这类机械连接强度的关键因素之一。本文对复合材料的切削及制孔过程中造成的损伤进行了研究。主要研究内容和结

4、论如下：（1）基于有限元软件ABAQUS的二次开发，建立了复合材料二维细观切削有限元模型，分析了四种典型纤维角度下材料切除过程、切屑形成方式和加工后表面形貌。设计了相关切削试验，利用显微镜观测了试件断面的细观形貌，研究发现仿真得到的切削面形貌能反映出实际情况。（2）建立了复合材料麻花钻制孔的三维有限元模型，模拟了制孔过程中分层损伤的形成和扩展过程。结果显示：制孔时出口处分层损伤相较于入口处更大；复合材料铺层内的主要损伤模式为树脂拉伸失效；多角度铺层层合板的分层损伤程度低于单向板。（3）进行了复合材料麻花钻制孔试验，利用超声C扫得到的孔边分层损伤

5、与模拟结果吻合；运用三维有限元制孔模型分析了进给速度、主轴转速等工艺参数对轴向力和分层损伤的影响，结果表明：进给速度越大，轴向力和分层损伤越大；主轴转速越高，轴向力和分层损伤越小；轴向力越大，分层损伤也越大，证明了轴向力是引起分层缺陷的主要因素。关键词：纤维增强复合材料，切削，制孔，分层损伤，有限元仿真本文的研究工作得到了国家自然科学基金(11272147，10772078)、航空科学基金（2013ZF52074）、机械结构力学及控制国家重点实验室基金（0214G02）、国家重点实验室开放基金（IZD130011353,IZD150021556

6、）和江苏省高校优势学科建设工程项目的资助。本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。I纤维增强复合材料切削与制孔损伤的数值研究ABSTRACTFiberreinforcedcompositesarewidelyusedinaerospace、military、energy、constructionandotherindustryfieldsduetotheirexcellentpropertiessuchashighstrength-to-weightratios,highmodulus-to-weightratios,corrosion

7、resistance,etc.Compositeproductsgenerallymachinedbycuttingandcuttingwillintroducedamageincuttingface.Rivetingandboltingconnectionsalsowilladoptedinassemblingcompositestructures.Intheseconnectingmethodshole-markingqualityisoneofthecriticalfactorswhichdirectlyaffectthejointstr

8、engthandfatiguelifeofcompositestructures.Thedamagesintroducedinprocessesofm