SiCp/Al复合材料三维铣削仿真基础问题研究

发布时间：2021-11-01 05:07

　　SiCp/Al复合材料是一类颗粒增强型金属基复合材料,它具有比强度高、热变形小、尺寸稳定性好、导电性能良好、高温下耐磨损耐疲劳、不吸湿、不老化和化学性能稳等优点。因此该材料在航空航天、汽车、电子封装、体育器材和医疗器械等行业有着广泛的应用。但是在切削加工中高强度的增强相SiCp颗粒使得刀具的磨损严重,颗粒的断裂、拔出等现象造成了已加工表面质量的严重下降。这一系列的问题亟需解决。应用有限元仿真的方法对加工过程进行仿真可以为问题的解决提供一种有效而又低成本的方法。目前,国内外对该材料加工过程的仿真已经逐渐展开,但是基础性的问题一直没有得以很好的解决。本文使用大型有限元仿真软件ABAQUS对SiCp/Al复合材料进行多种形式的建模仿真,并对相关结果给予了验证。主要研究内容如下:1、建立适用于本研究中SiCp/Al复合材料的Johnson-Cook本构关系方程。进行了一系列的基础材料试验,包括准静态压缩试验、分离式霍普金森压杆试验和准直角自由切削试验等,对Al6063基体和多种体积分数的SiCp/Al复合材料的静态和动态力学性能进行了研究。最终归纳得出适用于该材料的J-C本构方程。2、应用AB... 

【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 铝基碳化硅动力学特性研究现状
    1.3 国内外复合材料本构研究现状
    1.4 铝基碳化硅有限元仿真研究现状
        1.4.1 铝基碳化硅力学实验仿真研究
        1.4.2 铝基碳化硅切削仿真研究现状
    1.5 论文体系结构和研究内容
        1.5.1 技术路线
        1.5.2 研究内容
第2章 铝基碳化硅复合材料本构模型研究
    2.1 确定材料本构的试验方法
        2.1.1 准静态试验方法
        2.1.2 动态试验方法
    2.3 试验方案
        2.3.1SHPB试验方案
        2.3.2 其他试验方案
    2.4 试验结果与本构推导
        2.4.1 65%SiCp/Al本构推导
        2.4.2 不同体积分数SiCp/Al实验结果
        2.4.3 多体积分数SiCp/Al的本构推导
    2.5 本章小结
第3章 三维多相压缩仿真
    3.1 有限元分析简介
        3.1.1 有限元分析原理
        3.1.2 ABAQUS软件介绍
    3.2 压缩仿真研究内容
    3.3 三种形式建模
        3.3.1 等效均质模型
        3.3.2 tie联结模型
        3.3.3 粘性单元界面
    3.4 边界条件
    3.5 仿真计算结果
        3.5.1 tie联结模型结果
        3.5.2 粘性单元模型结果
        3.5.3 各模型仿真结果对比
    3.6 本章小结
第4章 三维铣削仿真
    4.1 切削加工仿真中的关键技术
        4.1.1 仿真分析方法
        4.1.2 工件三维建模及铣削模型选择
        4.1.3 材料失效准则
        4.1.4 切屑分离准则和分离方式
        4.1.5 刀-屑接触和摩擦模型
        4.1.6 材料属性
    4.2 三维铣削模型的建立
        4.2.1 刀具建模
        4.2.2 工件材料建模
        4.2.3 装配与边界条件
    4.3 仿真结果分析
        4.3.1 铣削力仿真结果
        4.3.2 Von Mises应力场
    4.4 本章小结
第5章 铣削试验分析和仿真验证
    5.1 铣削力分析
        5.1.1 SiCp/Al复合材料切削力分析
        5.1.2 铣削力周期性分析
    5.2 铣削试验
        5.2.1 试验设备
        5.2.2 试验方案
    5.3 试验结果和仿真验证
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于神经网络的颗粒增强铝基复合材料本构关系研究[J]. 张建军,郭胜利,陈东.  热加工工艺. 2014(14)
[2]SiCp/Al复合材料高速铣削的有限元仿真研究[J]. 刘闯,黄树涛,周丽,许立福.  工具技术. 2013(09)
[3]SiC颗粒增强铝基复合材料的热变形本构方程及其优化[J]. 张鹏,李付国,李惠曲.  航空材料学报. 2009(01)
[4]反应合成Ag/SnO2复合材料本构关系研究[J]. 刘满门,陈敬超,张志伟,周晓龙,郭荣鑫,张昆华,耿永红.  稀有金属材料与工程. 2008(07)
[5]基于数值模拟的钛合金锯齿状切屑研究[J]. 管小燕,任家隆,李伟,杭华,陈文燕.  江苏科技大学学报(自然科学版). 2007(04)
[6]碳化硅增强颗粒含量和尺寸对铝基复合材料超精密车削表面的影响[J]. 葛英飞,徐九华,杨辉,罗松保,傅玉灿.  机械工程材料. 2007(06)
[7]复合材料失效及其强度理论[J]. 王宝来,吴世平,梁军.  失效分析与预防. 2006(02)
[8]金属基复合材料及其在发动机制造中的应用[J]. 李永祥,毕晓勤.  车用发动机. 2005(02)
[9]一种建立颗粒增强金属基复合材料本构方程的新方法[J]. 程羽,臧顺来,陈德礼,郭成,陈金德.  复合材料学报. 2004(04)
[10]SiCp/Al复合材料超声振动切削加工表面质量试验研究[J]. 吴雁,朱训生,赵波.  机械制造. 2004(08)

博士论文
[1]采用多刃铣刀的航空铝合金高速加工过程的数值模拟与实验研究[D]. 袁平.浙江大学 2008
[2]颗粒尺寸对SiCp/Al复合材料性能的影响规律及其数值模拟[D]. 晏义伍.哈尔滨工业大学 2007

硕士论文
[1]铝基碳化硅精密铣削过程有限元仿真及实验研究[D]. 杨嘉.哈尔滨工业大学 2012
[2]高应变率下纯钛TA2动态力学性能各向异性和微观组织观察[D]. 常亚喆.中南大学 2008
[3]SiCp/2024Al复合材料的动态压缩及拉伸性能研究[D]. 石家仪.哈尔滨工业大学 2008
[4]高速铣削过程建模与仿真[D]. 陈占晖.南京理工大学 2006



本文编号：3469556