基于ABAQUS的CFRP鉆徑向孔的軸向力研究.pdf

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1、基于ABAQUS的CFRP鉆徑向孔的軸向力研究口黃耀峰1,2口陳惠賢1,2口-任亞峰z口魏躍斌21．蘭州理工大學(xué)數(shù)字制造技術(shù)與應(yīng)用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蘭州7300502．蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院蘭州73o05O摘要：對碳纖維復(fù)合材料鉆孔過程中，常常出現(xiàn)毛刺、撕裂、分層等缺陷。針對碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料鉆徑向孔質(zhì)量差的問題，建立了碳纖維復(fù)合材料圓柱殼段鉆徑向孔的有限元模型，應(yīng)用ABAQUS有限元軟件對鉆孔過程進(jìn)行仿真，得到碳纖維復(fù)合材料鉆徑向孔時(shí)軸向力隨切削用量的變化規(guī)律。關(guān)鍵詞：徑向孔碳纖維

2、復(fù)合材料圓柱殼段有限元仿真軸向力中圖分類號：TH123文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1000—4998(2016)02—0047—03隨著材料科學(xué)和航空工業(yè)的發(fā)展，碳纖維增強(qiáng)型終導(dǎo)致纖維斷裂，并與基體分離，完成鉆削過程。鉆削復(fù)合(CFRP)材料由于其高強(qiáng)度、高耐蝕、低密度的優(yōu)CFRP材料時(shí)的切削力_8通常分為以下三個(gè)部分。良特性，被廣泛應(yīng)用于軍、民用航空器的制造。目前。對(1)克服被加工材料彈塑性變形的抗力。CFRP材料鉆削加工的研究．多數(shù)還是依靠實(shí)驗(yàn)來研(2)克服被加工材料中纖維斷裂和基體剪切產(chǎn)生究工

3、藝參數(shù)對加工質(zhì)量的影響?，這不僅需要耗費(fèi)大的抗力。量的人力、物力及財(cái)力，而且研究方法比較復(fù)雜。隨著(3)克服切屑對前刀面的摩擦力，以及后刀面對計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，有限元分析軟件H益完善，采加工表面與已加工表面之間的摩擦力(后刀面與加工用有限元仿真技術(shù)對加工過程進(jìn)行仿真模擬已成為研表面及已加工表面互相接觸產(chǎn)生的摩擦阻力)。究加工過程的重要手段，加之模擬結(jié)果能夠比較真實(shí)其中，切削力的主要來源是纖維與基體的剪斷抗地反映加工過程中各因素的影響，越來越多的學(xué)者使力以及刀具與材料的相互摩擦．麻花鉆頭鉆削CF

4、RP用有限元仿真的方法X．-J復(fù)合材料切削過程進(jìn)行研究。材料的切削力示意圖如但絕大部分都局限于二維模型及切削機(jī)理的分析]。圖1所示，是主切削力鮑永杰等[5]通過CFRP鉆削試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)軸向力與分的反作用力分解到層因子呈線性關(guān)系，軸向力越大，分層缺陷越嚴(yán)重。StoneA曰CD平面上產(chǎn)生扭矩等[62提出利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對進(jìn)給量進(jìn)行控制，以控的力；是分解得到制軸向力的大?。M(jìn)而避免CFRP材料制孔過程中的剪切纖維的力，垂直于纖分層。張厚江塌：早從CFRP材料結(jié)構(gòu)本身研究切削機(jī)維方向；是分解得到理。得到結(jié)論

5、：無論碳纖維與切削方向成什么角度，纖將纖維從樹脂基中剝離的維被切斷的原因都是由于刀具切削力引起的垂直于纖力。平行于纖維方向。維自身軸線的剪切應(yīng)力超過了纖維的剪切強(qiáng)度極限。2有限元模型的建立筆者根據(jù)CFRP材料的結(jié)構(gòu)和切削特點(diǎn)，運(yùn)用ABAQUS有限元軟件．建立CFRP鉆徑向孔的有限元2．1麻花鉆模型三維模型，并對加工過程進(jìn)行了模擬，分析了軸向力隨刀具選用YG6X硬質(zhì)合金麻花鉆頭，鉆頭直徑D切削參數(shù)的變化規(guī)律。為4mm、4．5mm、5mm、5．5mm、6mm，頂角為118。，螺旋角為28。。刀具材料的

6、密度為14．4～14．6t／m。彈性1CFRP材料二維切削力分析模量為640GPa，泊松比為0．22。這種刀具材料擁有良在CFRP材料制造過程中，通過設(shè)計(jì)不同的鋪層好的紅硬性。能夠保證鉆頭在更快的切削速度及更大角度順序來改變CFRP材料的有關(guān)特性，因此，CFRP的進(jìn)給量下工作。結(jié)構(gòu)與金屬材料結(jié)構(gòu)有很大的區(qū)別。在鉆削加工過程刀具模型的建立采用SolidWorks軟件，并保存為中，首先CFRP材料受到刀具的擠壓及剪切作用，從而．step格式，然后將模型導(dǎo)人ABAQUS軟件。刀具設(shè)定使基體材料脆性破裂，

7、同時(shí)纖維受到切削力的作用，最為絕對剛體，并在其橫刃上建立一個(gè)參考點(diǎn)，目的是收稿日期：2015年7月方便施加載荷和力的輸出。機(jī)械制造54卷第618期2016／2回8O7O6O5O+F30mm／min40—靜5Otaro／rain。★70mrn／min3O口90ram／rain20—一12Ornm／min1004．04．55．05．56．0鉆頭直徑／mm(r·’▲圖4隨鉆頭直徑的變化規(guī)律▲圖5口值不同下n與之間的關(guān)系6555鉆頭直徑D=5him45·～n=2500r／rain鉆頭直徑D=4．5m苣—一

8、n=4500r／min35忡_一n=7500r／rain25_n=12500r／rain--~--n=14500r／rainl55O255075100125Vf／(ram·min)鉆削深度／mm▲圖6n值不同下口與之間的關(guān)系▲圖7隨鉆削深度的變化規(guī)律NumericalParametersWhenModelingOrthogonalCuttingof4結(jié)論LFRPComposites[J]．CompositesPartA：AppliedScienceand基于ABAQUS有限元仿真，