短脉冲激光加工碳纤维复合材料盲孔工艺研究

发布时间：2021-02-08 11:21

　　碳纤维复合材料具备碳纤维材料的强度高、耐磨性好、抗腐蚀性强等特点,也具备树脂材料的比重小、用途广等优点,在各个行业的使用率越来越高。皮秒激光加工作为非接触式加工方式,具有传统刀具切削所不具备的加工损耗少的优势,也有纳秒激光不具备的高精度和飞秒激光不具备的高效率特点。在皮秒激光加工碳纤维复合材料盲孔的实际生产中,存在盲孔底面凹陷、热影响区过大、底面微观形貌差、力学性能差等缺陷,给碳纤维复合材料盲孔的高质量加工带来了挑战。因此,本课题对皮秒激光加工碳纤维复合材料盲孔的工艺规律和优化方法等关键问题展开研究,探索皮秒激光下碳纤维复合材料盲孔的高精度加工策略,并对现有加工方法进行优化。主要研究内容和相关结论如下:（1）皮秒激光加工碳纤维复合材料盲孔的质量影响因素分析基于碳纤维复合材料的属性和皮秒激光的特性,开展了皮秒激光工艺参数对盲孔质量的影响规律实验,分析并总结了激光功率、扫描速度和填充间距对盲孔热影响区、底面凹陷和微观形貌的影响规律。（2）皮秒激光加工碳纤维复合材料盲孔的仿真研究分析皮秒激光对碳纤维复合材料盲孔的宏观去除规律,建立了COMSOL数值仿真模型,提出了变填充间距和变扫描速度加工策... 

【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
        1.1.3 课题来源
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 CFRP激光加工技术
        1.2.2 短脉冲激光制孔工艺实验研究
        1.2.3 短脉冲激光制孔数值模拟研究
    1.3 本文的主要研究内容
第二章 皮秒激光加工CFRP盲孔的质量影响因素分析
    2.1 引言
    2.2 激光与复合材料的作用机理分析
        2.2.1 皮秒激光与CFRP特性
        2.2.2 激光作用CFRP热力学分析
    2.3 盲孔的激光加工方法及质量评价
        2.3.1 红外皮秒激光加工系统和检测装置
        2.3.2 盲孔的激光加工方法
        2.3.3 盲孔的质量评价方法
    2.4 盲孔的激光加工质量影响因素分析
        2.4.1 盲孔激光加工缺陷的影响因素实验
        2.4.2 盲孔缺陷原因及拟采取的解决方法
    2.5 本章小结
第三章 不同扫描策略下激光加工盲孔的数值模拟
    3.1 引言
    3.2 皮秒激光加工CFRP盲孔的有限元建模
        3.2.1 模型假设
        3.2.2 模型的理论基础
        3.2.3 COMSOL模型的建立
    3.3 不同扫描策略的盲孔加工仿真结果分析
        3.3.1 等间距扫描策略的仿真结果分析
        3.3.2 变间距扫描策略的仿真结果分析
        3.3.3 变速度扫描策略的仿真结果分析
    3.4 本章小结
第四章 不同扫描策略下激光加工盲孔的实验研究
    4.1 引言
    4.2 等间距扫描策略下激光加工盲孔实验
        4.2.1 热影响区分析
        4.2.2 盲孔底面凹陷深度分析
        4.2.3 盲孔底面微观形貌分析
    4.3 变间距扫描策略下激光加工盲孔实验
        4.3.1 热影响区分析
        4.3.2 盲孔底面凹陷深度分析
        4.3.3 盲孔底面微观形貌分析
    4.4 变速度扫描策略下激光加工盲孔实验
        4.4.1 热影响区及底面凹陷深度分析
        4.4.2 盲孔底面微观形貌分析
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 本文总结
    5.2 研究展望
参考文献
攻读学位期间的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]CFRP制孔技术的研究现状与发展趋势[J]. 刘雪梅,孙会来,贺龙宇,赵方方.  玻璃钢/复合材料. 2018(03)
[2]激光与碳纤维相互作用的研究现状及发展趋势[J]. 姚良博,谭晶,杨卫民,李好义,黎三洋,沙扬.  材料导报. 2017(S2)
[3]碳纤维复合材料激光切割综述[J]. 章辰,袁根福,丛启东.  玻璃钢/复合材料. 2017(04)
[4]飞秒激光加工最新研究进展[J]. 肖荣诗,张寰臻,黄婷.  机械工程学报. 2016(17)
[5]碳纤维复合材料激光切割实验研究[J]. 宋抒航.  机械制造. 2015(09)
[6]激光热效应数值模拟技术研究现状[J]. 张金琪,李建美,路长厚,房欣欣,马卓.  机电工程. 2014(11)
[7]复合材料湿热老化行为研究及其耐久性预测[J]. 孙博,李岩.  玻璃钢/复合材料. 2013(04)
[8]飞秒激光微加工的研究进展[J]. 顾理,孙会来,于楷,赵方方.  激光与红外. 2013(01)
[9]超强度纤维柔性复合材料激光加工工艺研究[J]. 张玲玲,姜兆华,张伟,潘涌,王健超,韩华.  应用激光. 2012(03)
[10]碳纤维复合材料在航天领域的应用[J]. 李威,郭权锋.  中国光学. 2011(03)

博士论文
[1]CFRP切削加工损伤成因及其评价方法[D]. 殷俊伟.大连理工大学 2018

硕士论文
[1]铝合金表面激光加工热效应仿真与实验研究[D]. 张金琪.山东大学 2015



本文编号：3023842