芳纶蜂窝材料超声切削过程仿真和实验研究
发布时间：2021-07-07 08:09
超声辅助切削能够有效减小切削力和切削热、改善被加工材料表面质量并且能够提高加工效率,因此被广泛应用于芳纶蜂窝材料等弱刚度难加工材料切削领域中。尽管可以通过实验手段研究超声切削的工艺优化,但是大量超声切削实验需要的人力、物力和时间成本比较高,并且实验过程中芳纶蜂窝材料的微观破损表面特征呈现困难,而通过仿真手段研究则能够有效弥补超声切削实验本身的缺憾。有限元仿真不仅可以直观、形象地呈现超声切削过程中刀具和芳纶蜂窝材料接触的界面特征,而且能够实时、方便地获取超声切削过程中的切削力,这对芳纶蜂窝材料超声切削过程的切削工艺参数优化、装备开发以及专用刀具研究都具有重要意义。基于此本文开展了芳纶蜂窝材料超声切削过程仿真和实验研究,旨在确定最优的有限元仿真模型来指导超声切削工艺参数的优化。围绕蜂窝材料微观断裂模型、直刀超声切削仿真模型、圆刀超声切削仿真模型、基于仿真分析的超声切削工艺参数优化等主要方面,研究工作和研究成果如下:（1）超声切削蜂窝材料的理论基础。研究了蜂窝材料的本构特性和力学性能,根据芳纶蜂窝材料的本构特征推导了基于单层各向同性的芳纶蜂窝材料本构方程,根据小挠度薄板弯曲理论并结合直刀超声...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１芳纶蜂窝材料制造工艺流程图［３３］??根据蜂窝胞壁材料的这种结构特点以及相应组分的材料性能，常用的芳纶蜂窝材料有限??
手段研宄芳纶蜂窝材料的材料性能。以王厚林为例，该团队同时研究了常用的间位芳纶纸和??国产的对位芳纶纸在浸渍酚醛树脂后的差异性，通过扫描电镜观察到间位芳纶纸与酚醛树脂??之间存在着明显的界面，并绘制了浸渍酚醛树脂后的间位芳纶纸应力应变曲线如图２．２所示［５３］。??尽管该团队最终的研宂结果表明浸溃酚醛树脂后的对位芳纶纸材料性能得到了极大的改善，??其强度和模量明显高于同等条件下间位芳纶纸的强度和模量，但鉴于对位芳纶纸还没有得到??大范围的普及，目前我们仍然按照间位芳纶纸的材料性能进行芳纶蜂窝材料本构方程的推导。??１８｜???１６－??１４－??＾１２－?Ｚ??２１０－?Ｚ??Ｉ?８－?Ｚ??￡?６－?Ｚ??〇?Ｚ??０．０００?０．００４?０．００８?０．０１２?０．０１６??Ｓｔｒａｉｎ??图２．２浸渍酚醛树脂后的间位芳纶纸应力－应变图［５３］??在正式推导本构方程（应力应变关系）之前，我们仍要讨论两个问题［５４］。一是硬化准则??是否需要被考虑到，硬化准则通常是用来规定材料进入塑性变形后的后继屈服函数（又称作??加载函数或加载曲面）在应力空间中变化的规则，通过观察图２．２可知浸渍酚醛树脂后的间??位芳纶纸属于弹塑性材料而非理想弹塑性材料，而弹塑性材料是需要考虑硬化效应的，因此??在推导芳纶蜂窝材料本构方程时把硬化准则应用到本构方程的推导过程中；另一是采用弹塑??性全量形式还是弹塑性增量形式来描述芳纶蜂窝材料的应力应变关系
的工程问题分析当中［５Ｗ６］。薄板的几何特点是薄板厚度ｈ远小于板面上其他两个方向的最小??尺寸ｂ，此外薄板厚度ｈ与板面最小尺寸ｂ的比值需要大于１／８０并且不超过１／５，平分薄板厚??度ｈ的平面叫作薄板中面，薄板的几何尺寸如图２．３所示。作用在薄扳上的载荷可以分解为??平行于薄板中面的纵向载荷和垂直于薄板中面的横向载荷，对于纵向载荷可按平面应力问题??进行计算，而横向载荷将使薄板弯曲因此需按薄板弯曲问题进行研宄。当薄板弯曲时中面所??弯成的曲面叫作薄板的弹性曲面，中面内各点的横向位移（即垂直于中面方向的位移）称为??挠度。常用来研究的是小挠度薄板弯曲问题，即薄板挠度要小于自身的厚度［５７］。??７／?ｊ?ｈ／２?［／／??／！／?丨?ｉＨ?１／??／ｙ?ｚ??图２．３薄板的几何尺寸??小挠度薄板弯曲理论是建立在以下三个基本假设基础上的［５８］。??（１）中性面假设：薄板弯曲时薄板中面保持中性，即薄板中面内各点没有平行于中面的??位移而只有垂直位移ｗ，此时有??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于薄板理论的巷道层状顶板破断模型分析[J]. 于辉,刘国磊,初道忠. 煤炭技术. 2018(01)
[2]铣削加工仿真及工艺参数优化[J]. 盘家俊,罗樟圳,文章,尹婷婷,王兵. 现代制造技术与装备. 2017(05)
[3]Nomex蜂窝芯直刃尖刀超声切割表面微观形貌特征[J]. 张迅,董志刚,王毅丹,宿增迪,宋洪侠,康仁科. 机械工程学报. 2017(19)
[4]直刃尖刀超声辅助切割Nomex蜂窝芯切削力分析[J]. 王毅丹,王宣平,康仁科,孙健淞,贾振元,董志刚. 机械工程学报. 2017(19)
[5]基于薄板理论的偏航轴承接触载荷分析[J]. 毛范海,范峻凯,董惠敏,王德伦. 组合机床与自动化加工技术. 2017(02)
[6]切削加工过程有限元仿真研究的最新进展[J]. 岳彩旭,蔡春彬,黄翠,刘二亮. 系统仿真学报. 2016(04)
[7]蜂窝材料加工工艺研究进展[J]. 马成,刘方军. 航空制造技术. 2016(03)
[8]芳纶制品在轨道交通领域的应用概况[J]. 贾金荣,汤海涛,陈磊,丰遥,姜其斌. 电力机车与城轨车辆. 2015(S1)
[9]国产芳纶纸蜂窝在雷达罩上的应用[J]. 穆举杰,刘玉. 现代雷达. 2014(09)
[10]超声车削瞬时切削力仿真研究[J]. 张兴红,闫德鑫,陈鑫. 重庆理工大学学报(自然科学). 2014(07)
博士论文
[1]NOMEX蜂窝材料高速加工工艺及固持可靠性研究[D]. 金成柱.浙江大学 2006
硕士论文
[1]芳纶蜂窝芯的超声切削系统开发及其切削性能研究[D]. 牛景露.大连理工大学 2017
[2]镍基高温合金切削加工的物理仿真及工艺参数优化[D]. 蒲新明.西南石油大学 2016
[3]超声振动冷拔传动轴过程有限元仿真分析及工艺参数优化[D]. 姚兴基.南华大学 2015
[4]NOMEX蜂窝复合材料直刃刀超声复合切割机理研究[D]. 黄秀秀.杭州电子科技大学 2015
[5]面向Nomex蜂窝芯复合材料超声切割的智能化电源系统研究[D]. 韩丽轩.杭州电子科技大学 2015
[6]蜂窝材料高速铣削过程分析与数值模拟[D]. 聂兵.大连理工大学 2013
[7]NOMEX纸基蜂窝材料的组合铣刀高速铣削研究[D]. 李杰.大连理工大学 2012
[8]切削过程物理仿真及其工艺参数优化研究[D]. 裴佳迎.东北大学 2011
本文编号：3269271
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１芳纶蜂窝材料制造工艺流程图［３３］??根据蜂窝胞壁材料的这种结构特点以及相应组分的材料性能，常用的芳纶蜂窝材料有限??
手段研宄芳纶蜂窝材料的材料性能。以王厚林为例，该团队同时研究了常用的间位芳纶纸和??国产的对位芳纶纸在浸渍酚醛树脂后的差异性，通过扫描电镜观察到间位芳纶纸与酚醛树脂??之间存在着明显的界面，并绘制了浸渍酚醛树脂后的间位芳纶纸应力应变曲线如图２．２所示［５３］。??尽管该团队最终的研宂结果表明浸溃酚醛树脂后的对位芳纶纸材料性能得到了极大的改善，??其强度和模量明显高于同等条件下间位芳纶纸的强度和模量，但鉴于对位芳纶纸还没有得到??大范围的普及，目前我们仍然按照间位芳纶纸的材料性能进行芳纶蜂窝材料本构方程的推导。??１８｜???１６－??１４－??＾１２－?Ｚ??２１０－?Ｚ??Ｉ?８－?Ｚ??￡?６－?Ｚ??〇?Ｚ??０．０００?０．００４?０．００８?０．０１２?０．０１６??Ｓｔｒａｉｎ??图２．２浸渍酚醛树脂后的间位芳纶纸应力－应变图［５３］??在正式推导本构方程（应力应变关系）之前，我们仍要讨论两个问题［５４］。一是硬化准则??是否需要被考虑到，硬化准则通常是用来规定材料进入塑性变形后的后继屈服函数（又称作??加载函数或加载曲面）在应力空间中变化的规则，通过观察图２．２可知浸渍酚醛树脂后的间??位芳纶纸属于弹塑性材料而非理想弹塑性材料，而弹塑性材料是需要考虑硬化效应的，因此??在推导芳纶蜂窝材料本构方程时把硬化准则应用到本构方程的推导过程中；另一是采用弹塑??性全量形式还是弹塑性增量形式来描述芳纶蜂窝材料的应力应变关系
的工程问题分析当中［５Ｗ６］。薄板的几何特点是薄板厚度ｈ远小于板面上其他两个方向的最小??尺寸ｂ，此外薄板厚度ｈ与板面最小尺寸ｂ的比值需要大于１／８０并且不超过１／５，平分薄板厚??度ｈ的平面叫作薄板中面，薄板的几何尺寸如图２．３所示。作用在薄扳上的载荷可以分解为??平行于薄板中面的纵向载荷和垂直于薄板中面的横向载荷，对于纵向载荷可按平面应力问题??进行计算，而横向载荷将使薄板弯曲因此需按薄板弯曲问题进行研宄。当薄板弯曲时中面所??弯成的曲面叫作薄板的弹性曲面，中面内各点的横向位移（即垂直于中面方向的位移）称为??挠度。常用来研究的是小挠度薄板弯曲问题，即薄板挠度要小于自身的厚度［５７］。??７／?ｊ?ｈ／２?［／／??／！／?丨?ｉＨ?１／??／ｙ?ｚ??图２．３薄板的几何尺寸??小挠度薄板弯曲理论是建立在以下三个基本假设基础上的［５８］。??（１）中性面假设：薄板弯曲时薄板中面保持中性，即薄板中面内各点没有平行于中面的??位移而只有垂直位移ｗ，此时有??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于薄板理论的巷道层状顶板破断模型分析[J]. 于辉,刘国磊,初道忠. 煤炭技术. 2018(01)
[2]铣削加工仿真及工艺参数优化[J]. 盘家俊,罗樟圳,文章,尹婷婷,王兵. 现代制造技术与装备. 2017(05)
[3]Nomex蜂窝芯直刃尖刀超声切割表面微观形貌特征[J]. 张迅,董志刚,王毅丹,宿增迪,宋洪侠,康仁科. 机械工程学报. 2017(19)
[4]直刃尖刀超声辅助切割Nomex蜂窝芯切削力分析[J]. 王毅丹,王宣平,康仁科,孙健淞,贾振元,董志刚. 机械工程学报. 2017(19)
[5]基于薄板理论的偏航轴承接触载荷分析[J]. 毛范海,范峻凯,董惠敏,王德伦. 组合机床与自动化加工技术. 2017(02)
[6]切削加工过程有限元仿真研究的最新进展[J]. 岳彩旭,蔡春彬,黄翠,刘二亮. 系统仿真学报. 2016(04)
[7]蜂窝材料加工工艺研究进展[J]. 马成,刘方军. 航空制造技术. 2016(03)
[8]芳纶制品在轨道交通领域的应用概况[J]. 贾金荣,汤海涛,陈磊,丰遥,姜其斌. 电力机车与城轨车辆. 2015(S1)
[9]国产芳纶纸蜂窝在雷达罩上的应用[J]. 穆举杰,刘玉. 现代雷达. 2014(09)
[10]超声车削瞬时切削力仿真研究[J]. 张兴红,闫德鑫,陈鑫. 重庆理工大学学报(自然科学). 2014(07)
博士论文
[1]NOMEX蜂窝材料高速加工工艺及固持可靠性研究[D]. 金成柱.浙江大学 2006
硕士论文
[1]芳纶蜂窝芯的超声切削系统开发及其切削性能研究[D]. 牛景露.大连理工大学 2017
[2]镍基高温合金切削加工的物理仿真及工艺参数优化[D]. 蒲新明.西南石油大学 2016
[3]超声振动冷拔传动轴过程有限元仿真分析及工艺参数优化[D]. 姚兴基.南华大学 2015
[4]NOMEX蜂窝复合材料直刃刀超声复合切割机理研究[D]. 黄秀秀.杭州电子科技大学 2015
[5]面向Nomex蜂窝芯复合材料超声切割的智能化电源系统研究[D]. 韩丽轩.杭州电子科技大学 2015
[6]蜂窝材料高速铣削过程分析与数值模拟[D]. 聂兵.大连理工大学 2013
[7]NOMEX纸基蜂窝材料的组合铣刀高速铣削研究[D]. 李杰.大连理工大学 2012
[8]切削过程物理仿真及其工艺参数优化研究[D]. 裴佳迎.东北大学 2011
本文编号：3269271
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