CFRP钻径向孔有限元分析及神经网络控制器研究

发布时间：2017-04-26 08:20

  本文关键词：CFRP钻径向孔有限元分析及神经网络控制器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：因为碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)有强度高及重量轻等很多的优异条件。所以,在客机机身上与很多汽车车身上它都有非常高的使用率,甚至在体育与战略武器等领域范围中也大量使用了该材料。如果在加工过程中不采用合适的加工参数及刀具,可能在孔的出入口产生很多缺陷,以至于降低了孔的质量。本课题将CFRP圆柱壳段当成研究对象,通过ABAQUS软件仿真了钻径向孔的过程,分析了CFRP钻径向孔时轴向力跟钻削参数之间的关系;并构思出了一种BP神经网络控制器,用来控制钻径向孔时的轴向力。具体进行了以下工作:1、研究了CFRP的结构性能及其发展现状,并分析了CFRP加工过程中导致出现孔缺陷的因素。分析比较得知,如果钻径向孔时的轴向力超过临界值,则会在孔出口处产生很严重的分层现象。2、由于CFRP钻径向孔的钻削过程中可能产生孔缺陷并导致孔的质量变差,所以本课题建立了CFRP圆柱壳段加工径向孔的有限元模型,并使用ABAQUS软件模拟了加工径向孔时不同钻削参数下的钻削过程,得到碳纤维复合材料钻径向孔时轴向力随切削用量的变化规律。3、由于钻径向孔时太大的轴向力会导致孔缺陷的产生,从而影响径向孔的质量与钻孔效率。为了提高CFRP钻径向孔时中的孔的质量及钻孔效率,本课题运用神经网络相关知识,构思了一种神经网络控制器,使钻径向孔时的轴向力一直保持在其临界值以下。该控制器包含控制器与辨识器,通过MATLAB软件可以训练与测试控制器与辨识器。该控制器被训练测试好以后,可以使用到CFRP钻径向孔的加工过程中,能够通过实时调节加工过程中的钻削参数,来调整CFRP钻径向孔时的轴向力,从而提高径向孔质量与加工效率。
【关键词】：碳纤维复合材料圆柱壳段 有限元分析 神经网络 自适应控制器
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332;TP273
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题背景及研究意义12-14
• 1.2 碳纤维复合材料孔加工的研究现状14-16
• 1.2.1 国内研究概况14-15
• 1.2.2 国外研究概况15-16
• 1.3 课题主要研究内容16-18
• 第2章 CFRP结构性能及其钻孔缺陷的原因18-27
• 2.1 碳纤维复合材料的结构及性能18-20
• 2.1.1 CFRP的结构特点18-20
• 2.2 碳纤维复合材料的性能20-23
• 2.3 CFRP钻孔缺陷产生的原因23-26
• 2.3.1 CFRP孔缺陷种类及其产生的原因24-26
• 2.3.2 钻削热与CFRP制孔缺陷之间的关系26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 CRRP钻径向孔过程中轴向力的数值模拟分析27-38
• 3.1 引言27
• 3.2 ABAQUS软件介绍27-28
• 3.3 通过数值模拟分析钻孔参数对轴向力的影响28-34
• 3.3.1 麻花钻模型的建立28-30
• 3.3.2 CFRP圆柱壳段工件及材料模型的建立30-31
• 3.3.3 CFRP模型失效准则的选择31-32
• 3.3.4 分析过程中的网格划分32-34
• 3.3.5 设置分析过程中的边界条件及接触34
• 3.4 数值模拟结果与分析34-36
• 3.5 本章小结36-38
• 第4章 CFRP钻径向孔过程的神经网络控制器研究38-53
• 4.1 引言38
• 4.2 人工神经网络简介38-40
• 4.3 控制方案的确定40-41
• 4.4 BP神经网络基本原理41-45
• 4.4.1 BP神经网络的结构41-42
• 4.4.2 BP神经网络的学习算法42-45
• 4.5 BP神经网络自适应控制器的设计45-52
• 4.5.1 CFRP钻径向孔试验45-47
• 4.5.2 BP神经网络自适应控制的系统模型47-48
• 4.5.3 神经网络自适应控制器的结构方案48-50
• 4.5.4 BP神经网络自适应控制器权值的调整50-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 MATLAB训练和测试神经网络控制器53-60
• 5.1 引言53
• 5.2 MATLAB及其工具箱简介53-54
• 5.3 辨识器的训练与测试54-57
• 5.4 控制器的训练与测试57-59
• 5.5 本章小结59-60
• 总结与展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 梁艳芳;王春民;刘小建;;钻削参数对碳纤维复合材料孔壁表面粗糙度影响的研究[J];高科技纤维与应用;2013年01期

2 康永峰;王文理;王晓丽;;碳纤维复合材料高速开槽铣削试验研究[J];航空制造技术;2010年22期

3 鲍永杰;高航;;碳纤维复合材料构件加工缺陷与高效加工对策[J];材料工程;2009年S2期

4 卢接驰;全燕鸣;徐昊;;绿色切削SiC_p/Al复合材料的刀具温度研究[J];工具技术;2009年02期

5 Seung-Chul Lee;Seong-Taek Jeong;Jong-Nam Park;Sun-Jin Kim;Gyu-Jae Cho;;STUDY ON DRILLING CHARACTERISTICS AND MECHANICAL PROPERTIES OF CFRP COMPOSITES[J];Acta Mechanica Solida Sinica;2008年04期

6 龚清洪;林勇;夏雪梅;楚王伟;;碳纤维复合材料数控加工研究[J];机械设计与制造;2008年12期

7 张厚江;樊锐;陈五一;陈鼎昌;;高速钻削碳纤维复合材料钻削力的研究[J];航空制造技术;2006年12期

8 王文理;国外先进飞机的数字化生产方式[J];机械工人.冷加工;2005年08期

9 孙路华,全燕鸣,钟文旺;碳纤维复合材料高速钻削力的研究[J];航天制造技术;2005年03期

10 叶邦彦,刘伟,徐进全,燕鸣,刘晓初;颗粒增强复合材料加工表面粗糙度及刀具设计[J];工具技术;2004年09期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 鲍永杰;碳纤维增强复合材料钻削的若干研究[D];大连理工大学;2006年

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本文编号：328095