CFRP/钛叠层钻削温度场计算及切屑影响研究
发布时间：2021-03-11 16:45
碳纤维复合材料（简称CFRP）由于具有轻质高强等诸多优点常用作飞机中的大型结构件,其与钛合金等常规金属件的连接处通常在钻孔后采用铆接、螺接等连接方式,这样就形成了诸多CFRP/钛合金构成的叠层结构。为保证连接精度和加工效率,复材/钛叠层结构通常采用一体化制孔方式。由于连接部位要承受巨大且复杂多变的载荷,保证叠层制孔质量对提高叠层构件的可靠性十分重要。目前CFRP/钛合金叠层钻孔中主要存在两类问题,一是钻削温度过高容易造成复合材料的损伤,需要对钻削温度进行合理预测;二是钻削过程中钛合金切屑流出过程中会对已钻削复材孔会造成刮擦损伤,需要对钛合金切屑造成的影响进行进一步分析和抑制。本文针对这两类问题分别进行分析讨论,得到了叠层钻削温度场模型,讨论了钛合金切屑对复合材料的影响及抑制方法,为实现叠层材料高质量钻削加工提供参考。针对叠层钻削温度场问题,根据热力学基本原理建立了钻削过程的温度场模型。分析钻削过程,进行必要的条件假设,针对叠层钻削中材料去除的特点,采用数值计算方法进行求解。分类讨论了不同边界条件下的各类节点的迭代格式,编写程序对温度场问题进行求解,实现了对叠层钻削温度的预测。进行叠层钻...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 问题背景
1.1.1 CFRP/钛合金叠层的应用
1.1.2 CFRP/钛合金叠层钻削及主要问题
1.2 研究现状
1.2.1 钻削温度研究情况
1.2.2 金属切屑研究情况
1.3 本文内容与研究意义
2 叠层钻削温度场模型建立
2.1 参数化及条件假设
2.2 导热微分方程和定解条件
2.2.1 导热微分方程建立
2.2.2 定解条件
2.3 导热微分方程求解
2.3.1 离散化处理
2.3.2 代数方程建立
2.4 稳定性条件及数据求解
2.5 本章总结
3 温度场处理结果及实验验证
3.1 包含界面温度测量的叠层钻削实验
3.1.1 热电偶测量方案
3.1.2 工件制备
3.1.3 实验材料与总体实验装置
3.2 温度测量结果及温度求解结果
3.2.1 温度测量结果
3.2.2 温度求解结果
3.3 计算值与实验值对比分析
3.4 本章总结
4 叠层钻削钛切屑影响问题
4.1 钛合金成屑分析
4.1.1 钛合金成屑过程
4.1.2 钛合金切屑类型与工艺参数的关系
4.1.3 不同切屑对复材孔的影响
4.2 叠层钻削实验
4.3 实验结果及分析
4.3.1 钛合金成屑情况
4.3.2 钛合金切屑对复合材料质量的影响
4.4 本章总结
5 断屑工艺方法
5.1 啄钻工艺用于叠层钻削
5.2 低频振动辅助钻削
5.3 效果验证
5.3.1 断屑效果
5.3.2 对复材孔的影响
5.4 本章总结
结论
参考文献
附录A 温度场求解部分代码（主函数）
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛合金/CFRP叠层构件螺旋铣孔界面切削热研究[J]. 刘亚军,李皓,李士鹏,唐心凯,朱圣富,张艳,秦旭达. 机械科学与技术. 2019(09)
[2]低频振动钻削CFRP/钛合金叠层材料试验研究[J]. 唐文亮,陈燕,杨浩骏,王华,姚琦威. 工具技术. 2018(07)
[3]钛合金旋转超声辅助钻削的钻削力和切屑研究[J]. 邵振宇,李哲,张德远,姜兴刚,秦威. 机械工程学报. 2017(19)
[4]碳纤维复合材料/钛合金叠层钻孔质量研究[J]. 南成根,吴丹,马信国,陈恳. 机械工程学报. 2016(11)
[5]PTFE/CFRP/铝合金叠层材料钻削试验研究[J]. 王昌赢,邱坤贤,魏莹莹,安庆龙,陈明,蔡晓江. 航空制造技术. 2015(10)
[6]碳纤维/环氧树脂复合材料钻削温度场建模与试验[J]. 鲍永杰,高航,梁延德,朱国平. 兵工学报. 2013(07)
[7]论我国先进复合材料产事业的发展[J]. 陈绍杰. 高科技纤维与应用. 2013(01)
[8]从A350XWB看大型客机的选材方向[J]. 陈亚莉. 航空制造技术. 2009(12)
[9]一种高性能环氧树脂固化体系的研究[J]. 宁保江. 纤维复合材料. 2008(04)
[10]空客A350的结构选材特点[J]. 陈亚莉. 国际航空. 2007(03)
博士论文
[1]C/E复合材料制孔缺陷成因与高效制孔技术[D]. 鲍永杰.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]CFRP/钛合金叠层结构振动钻削试验研究[D]. 张永升.南京航空航天大学 2017
[2]铝合金与钛合金超声振动辅助钻削工艺研究[D]. 李晓峰.大连理工大学 2016
[3]CFRP/Ti-6Al-4V叠层结构螺旋铣孔过程工艺优化研究[D]. 陆翠.天津大学 2012
[4]超声振动辅助钻削钛合金的机理和工艺研究[D]. 闫明鹏.上海交通大学 2011
[5]航天复合材料工艺数据库构建及典型工艺研究[D]. 赵振.大连理工大学 2010
本文编号：3076756
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 问题背景
1.1.1 CFRP/钛合金叠层的应用
1.1.2 CFRP/钛合金叠层钻削及主要问题
1.2 研究现状
1.2.1 钻削温度研究情况
1.2.2 金属切屑研究情况
1.3 本文内容与研究意义
2 叠层钻削温度场模型建立
2.1 参数化及条件假设
2.2 导热微分方程和定解条件
2.2.1 导热微分方程建立
2.2.2 定解条件
2.3 导热微分方程求解
2.3.1 离散化处理
2.3.2 代数方程建立
2.4 稳定性条件及数据求解
2.5 本章总结
3 温度场处理结果及实验验证
3.1 包含界面温度测量的叠层钻削实验
3.1.1 热电偶测量方案
3.1.2 工件制备
3.1.3 实验材料与总体实验装置
3.2 温度测量结果及温度求解结果
3.2.1 温度测量结果
3.2.2 温度求解结果
3.3 计算值与实验值对比分析
3.4 本章总结
4 叠层钻削钛切屑影响问题
4.1 钛合金成屑分析
4.1.1 钛合金成屑过程
4.1.2 钛合金切屑类型与工艺参数的关系
4.1.3 不同切屑对复材孔的影响
4.2 叠层钻削实验
4.3 实验结果及分析
4.3.1 钛合金成屑情况
4.3.2 钛合金切屑对复合材料质量的影响
4.4 本章总结
5 断屑工艺方法
5.1 啄钻工艺用于叠层钻削
5.2 低频振动辅助钻削
5.3 效果验证
5.3.1 断屑效果
5.3.2 对复材孔的影响
5.4 本章总结
结论
参考文献
附录A 温度场求解部分代码（主函数）
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛合金/CFRP叠层构件螺旋铣孔界面切削热研究[J]. 刘亚军,李皓,李士鹏,唐心凯,朱圣富,张艳,秦旭达. 机械科学与技术. 2019(09)
[2]低频振动钻削CFRP/钛合金叠层材料试验研究[J]. 唐文亮,陈燕,杨浩骏,王华,姚琦威. 工具技术. 2018(07)
[3]钛合金旋转超声辅助钻削的钻削力和切屑研究[J]. 邵振宇,李哲,张德远,姜兴刚,秦威. 机械工程学报. 2017(19)
[4]碳纤维复合材料/钛合金叠层钻孔质量研究[J]. 南成根,吴丹,马信国,陈恳. 机械工程学报. 2016(11)
[5]PTFE/CFRP/铝合金叠层材料钻削试验研究[J]. 王昌赢,邱坤贤,魏莹莹,安庆龙,陈明,蔡晓江. 航空制造技术. 2015(10)
[6]碳纤维/环氧树脂复合材料钻削温度场建模与试验[J]. 鲍永杰,高航,梁延德,朱国平. 兵工学报. 2013(07)
[7]论我国先进复合材料产事业的发展[J]. 陈绍杰. 高科技纤维与应用. 2013(01)
[8]从A350XWB看大型客机的选材方向[J]. 陈亚莉. 航空制造技术. 2009(12)
[9]一种高性能环氧树脂固化体系的研究[J]. 宁保江. 纤维复合材料. 2008(04)
[10]空客A350的结构选材特点[J]. 陈亚莉. 国际航空. 2007(03)
博士论文
[1]C/E复合材料制孔缺陷成因与高效制孔技术[D]. 鲍永杰.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]CFRP/钛合金叠层结构振动钻削试验研究[D]. 张永升.南京航空航天大学 2017
[2]铝合金与钛合金超声振动辅助钻削工艺研究[D]. 李晓峰.大连理工大学 2016
[3]CFRP/Ti-6Al-4V叠层结构螺旋铣孔过程工艺优化研究[D]. 陆翠.天津大学 2012
[4]超声振动辅助钻削钛合金的机理和工艺研究[D]. 闫明鹏.上海交通大学 2011
[5]航天复合材料工艺数据库构建及典型工艺研究[D]. 赵振.大连理工大学 2010
本文编号：3076756
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3076756.html
