纤维增强树脂基复合材料微切削仿真与实验研究

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1、硕士学位论文纤维增强树脂基复合材料微切削仿真与实验研究STUDYONSIMULATIONANDEXPERIMENTOFMICROCUTTINGOFFIBERREINFORCEDPLASTICSCOMPOSITES陈能哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TG501.1学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文纤维增强树脂基复合材料微切削仿真与实验研究硕士研究生：陈能导师：孙雅洲副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业

2、大学ClassifiedIndex:TG501.1U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONSIMULATIONANDEXPERIMENTOFMICROCUTTINGOFFIBERREINFORCEDPLASTICSCOMPOSITESCandidate：ChenNengSupervisor：AssociateProf.SunYazhouAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciali

3、ty：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要纤维增强树脂基复合材料具有超常的力学和热学等性能使其在航空、航天、国防以及汽车等高新技术领域得到了广泛的应用。目前，国外已将纤维增强树脂基复合材料应用在航空、航天、国防等领域的电子器件，而国内

4、对于这类高端技术领域的产品，基本上处于依赖进口。对纤维增强树脂基复合材料加工特性的了解与掌控，有助于将这类性能优异的材料更加经济有效地应用于各类工程实际。然而，目前大部分工作集中于从材料学方面研究复合材料的制备和表征，较少研究高应变率条件下的变形和破坏。因此，研究纤维树脂基复合材料的切削加工特性，将有助于推广这类高性能材料的在工程实际中的应用。本文基于有限元软件ABAQUS二次开发，建立基于代表性体积单元的纤维增强复合材料微观几何模型，该模型采用错位法实现复合材料纤维的随机分布及高体积含量。建立碳纤维增强树脂基复合

5、材料的材料模型，该模型采用脆性材料模型来模拟碳纤维材料，采用插值法逼近树脂基体的应力应变关系，采用牵引分离内聚力模型来模拟纤维和基体之间的界面相。基于纤维增强复合材料的几何模型和材料模型，建立微切削三维有限元仿真模型，对不同切削参数条件下复合材料的微切削过程进行研究，得到切削力随加工参数的变化规律；通过对加工表面形态进行分析，探索增强相和基体的变形机制；研究不同纤维取向对复合材料加工性能的影响，获得加工表面的形貌变化情况及切削区域应力传递规律。采用金刚石涂层硬质合金铣刀对碳纤维增强树脂基复合材料进行微切削实验，得到

6、不同切削参数条件下的复合材料微切削过程切削力的变化规律，并对有限元仿真结果进行验证。对碳纤维增强树脂基复合材料加工表面质量进行研究，对加工前后表面形态进行观察，对加工表面粗糙度进行测量，得到不同切削参数和不同纤维取向对加工表面质量的影响规律。关键词：纤维增强复合材料；微切削；二次开发；三维仿真；表面形貌-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractFibersreinforcedplasticscompositeshaveexceptionalmechanicalandthermalproperties,wh

7、icharewidelyusedinaviation,aerospace,nationaldefense,automotiveandotherhigh-techfields.Currently,carbonfiberreinforcedplasticscomposites(CFRP),whichwereimportedorembargoedfromabroad,areusedinelectronicdevicesinthefieldofaviation,aerospaceanddefenseoverseas.Und

8、erstandingandcontrollingofthepropertiesofCFRPwouldmakesuchhighperformancematerialsmoreeconomicalandeffectiveinvariousengineeringapplications.However,mostofthepresentworkisfocusedon