碳纤维复合材料钻削仿真试验研究

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1、分类号：TH161单位代码：10110学号：S1502041中北大学全日制工程硕士学位论文碳纤维复合材料钻削仿真试验研究硕士研究生张俊麒校内指导教师沈兴全教授校外指导教师朱文涛工程师所在领域机械工程2018年5月23日图书分类号TH161_密级非密UDC注1621全日制工程硕士学位论文碳纤维复合材料钻削仿真试验研究张俊麒校内指导教师（姓名、职称）沈兴全教授校外指导教师（姓名、职称）朱文涛工程师申请学位级别工程硕士所在领域（研究方向）机械工程论文提交日期2018年04月16日论文答辩日期2018年05月29日学位授予日期年月日论文评阅人杜娟张平宽

2、苗鸿宾答辩委员会主席朱元武2018年5月23日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手

3、段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：中北大学学位论文碳纤维复合材料钻削仿真试验研究摘要碳纤维复合材料由于其结构具有高强度、良好的耐热性、耐腐蚀性和抗热冲击性、低热膨胀系数等众多优势，近年来已经被广泛应用于体育机械、化工机械及医学领域。然而在实际应用中，碳纤维复合材料的机械加工难度大，尤其是在需要大量孔加工的加工过程中，加工质量难以保证，所以，对其钻削过程的受力情况的研究具有重

4、要意义。首先从碳纤维复合材料的切削入手，建立切削模型，分析在不同铺层角度及刀具切削角度的情况下得到的加工表面质量的情况，并计算了两种刀具的临界轴向力。其次，以层合板为研究对象，分析了正交各向异性材料的应力应变关系，建立以Hashin损伤准则为理论基础的损伤模型，推导了损伤演化的过程。最后，针对钻削过程中存在的问题，运用ABAQUS有限元仿真软件对麻花钻和薄板钻钻削层合板的过程进行了模拟仿真，分别对层合板和刀具进行了网格划分和材料属性的设定，在ABAQUS软件中完成装配，并对其他的前处理进行了设置，之后在仿真试验的基础上，设计了四因素多水平的正交

5、试验，对钻削过程中影响加工质量的几个较为重要的因素进行逐个分析。之后设计了钻削试验，将得出的结论与仿真试验的结论相对比，从而验证了本次仿真试验的可靠性。根据结果分析可知，相较于麻花钻，使用薄板钻能获得更好的加工质量；为了提高加工质量，钻削时应当适当选取直径较小的刀具；在单一变量的基础上，继续增加变量以获得钻削参数与轴向力变化之间的规律，结果表明，轴向力随进给速度的增大而增大，随主轴转速的增加而减小；通过对层合板各层的剪切损伤情况进行观察对比，发现第一层与第四层的剪切损伤情况较为明显，材料的损伤范围会随进给速度的增加而扩大，另外，利用切削理论可以

6、合理的解释仿真结果中第一层出现的撕裂现象。关键词：进给速度，剪切损伤，薄板钻，有限元仿真中北大学学位论文ExperimentalStudyonDrillingSimulationofCarbonFiberCompositeMaterialABSTRACTDuetoitshighstrength,goodheatresistance,corrosionresistance,thermalshockresistanceandlowthermalexpansioncoefficient,carbonfibercompositematerialshav

7、ebeenwidelyusedinsportsmachinery,chemicalmachineryandmedicalfieldsinrecentyears.However,inpracticalapplications,themechanicalprocessingofcarbonfibercompositematerialsisdifficult,especiallyintheprocessingprocessthatrequiresalotofholeprocessing,anditisdifficulttoensuretheproce

8、ssingquality.Therefore,itisofgreatsignificancetostudythestressconditionsoft