CFRP高速铣削渐进损伤切削力模型研究

发布时间：2021-08-28 15:58

　　基于VUMAT子程序编写三维Hashin失效准则、材料刚度退化,采用Abaqus/Explicit建立求解CFRP高速铣削渐进损伤切削力模型,并通过相同实验参数进行验证,分析了纤维方向对铣削过程中切削力、应力以及材料失效的影响机制。结果表明,CFRP高速铣削切削力实验值与仿真值误差小于5%,说明渐进损伤模型可靠性较高;纤维方向对切削过程中切削力和应力有显著影响,切削力与应力都遵循规律:45°>90°>0>135°,不同角度切削力与应力差异主要是由纤维强度各向异性以及纤维受到刀尖不同类型作用力导致的。此外,切削过程中材料损伤是渐进发生的,纤维角度对材料失效也有重要影响,其中45°方向纤维失效规模最大,135°方向纤维失效规模最小。 

【文章来源】：机械科学与技术. 2020,39(05)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

有限元模型以及相应约束条件

图1 有限元模型以及相应约束条件单元格类型为C3D8R,同时为了减少计算时间以及提高模型的准确性,网格化分为由下到上越来越密,即切削区域的网格数量较多。

高速铣削渐进损伤模型将三维Hashin失效准则与材料刚度退化模式编写入VUMAT子程序,该程序具体实现过程如图3所示:首先,从三维材料模型中读取参数,然后计算弹性矩阵获取应变值,根据三维Hashin失效准则,判断材料是否发生纤维、基体的拉伸失效与压缩失效。假设没有新的单元发生失效,直接返回应力应变值到主程序;若有单元发生失效,则将失效单元进行刚度退化并重新计算应力,然后将更新过后的应力应变返回主程序。2 CFRP高速铣削实验

【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维复合材料钻削仿真及轴向力预测[J]. 安立宝,张迎信.  机械科学与技术. 2018(10)
[2]CFRP复合材料铣削力、温度及表层损伤分析[J]. 王福吉,殷俊伟,贾振元,马建伟,徐震宇,王东.  机械工程学报. 2018(03)
[3]C919上用了哪些新材料[J]. 喻媛.  大飞机. 2018(01)
[4]基于CFRP切削过程仿真的面下损伤形成分析[J]. 殷俊伟,贾振元,王福吉,陈晨,张博宇.  机械工程学报. 2016(17)
[5]基于三维多相有限元的CFRP细观切削机理研究[J]. 齐振超,刘书暖,程晖,孟庆勋,李原.  机械工程学报. 2016(15)
[6]CFRP纤维方向对切削过程影响规律的仿真研究[J]. 秦旭达,李永行,王斌,吉春辉,郭春英,王环,辛宏光.  机械科学与技术. 2016(03)
[7]超大型复合材料机体部件应用技术的新进展——飞机制造技术的新跨越[J]. 范玉青,张丽华.  航空学报. 2009(03)

博士论文
[1]CFRP正交切削中亚表面损伤量化表征及控制技术研究[D]. 王冬峣.哈尔滨工业大学 2017

硕士论文
[1]碳纤维复合材料铣削加工质量与刀具磨损研究[D]. 李朋欣.大连理工大学 2017



本文编号：3368814