双层碳纤维复合材料激光切割模拟与实验研究

发布时间：2020-12-10 22:24

　　碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)是一种以碳纤维作为增强材料、树脂作为基体材料的复合材料,具有比强度高、比模量高、设计先进性、抗疲劳特性良好及抗震性能好等优良的性能特点,在航空航天、汽车、土木工程等诸多领域有越来越广泛的应用。激光切割加工作为一种高效率、柔性强的材料加工方法对实现碳纤维复合材料的高效高质加工具有重要意义。区别于各向同性材料,激光切割过程中的多种激光加工参数以及碳纤维复合材料的多种铺设角度,对激光切割质量具有较为复杂的影响。本文在本课题组单层CFRP激光切割模拟的基础上,针对双层多角度碳纤维复合材料的激光切割质量问题,从模拟和实验两方面,分析双层CFRP层内及层间能量传递过程与特点,对切割区域切口特点进行研究。(1)为研究双层CFRP激光切割的热传递过程,基于ANSYS有限元分析软件,建立了CFRP双层匀质模型,进行双层CFRP激光切割过程的模拟,得到切割过程的温度场分布。并在扫描线方向、垂直于扫描线方向以及材料厚度方向分别提取特征点温度曲线,分析激光作用过程能量传递过程。表层的碳纤维铺设角度对激光作用下材料达到的... 

【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】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 碳纤维复合材料简介
        1.1.1 碳纤维复合材料的特性
        1.1.2 碳纤维复合材料的应用
    1.2 碳纤维复合材料激光切割研究现状
        1.2.1 激光切割双层CFRP基本原理及特点
        1.2.2 碳纤维复合材料激光切割模拟研究现状
        1.2.3 碳纤维复合材料激光切割实验研究现状
    1.3 存在的问题与课题的提出
    1.4 论文的主要工作
2 双层CFRP激光切割原理及有限元模型建立
    2.1 双层CFRP特点
    2.2 激光切割的热传递理论
    2.3 CFRP双层匀质几何模型建立
        2.3.1 有限元方法简介
        2.3.2 双层CFRP单元类型选择
        2.3.3 CFRP双层匀质几何模型及网格划分
        2.3.4 双层CFRP材料性能参数
        2.3.5 连续激光热源加载
        2.3.6 初始条件、边界条件及求解设置
    2.4 本章小结
3 双层CFRP激光切割温度场数值模拟
    3.1 CFRP双层匀质模型的数值模拟结果与分析
    3.2 双层CFRP激光切割温度测量及模拟方法验证
    3.3 双层CFRP激光切割热影响区宽度预测
    3.4 本章小结
4 双层CFRP激光切割切口与热影响区分析
    4.1 实验条件、实验材料及实验方法介绍
        4.1.1 实验设备及检测设备
        4.1.2 实验材料
        4.1.3 实验方法
    4.2 激光切割双层CFRP切缝与热影响区特征
    4.3 0°-90°双层CFRP激光参数对切割质量影响
        4.3.1 工艺参数对切缝的影响
        4.3.2 工艺参数对热影响区的影响
    4.4 多角度双层CFRP激光切割切口及热影响区分析
        4.4.1 多角度双层CFRP激光切割切缝质量分析
        4.4.2 多角度双层CFRP激光切割热影响区分析
        4.4.3 变功率激光切割双层CFRP热影响区分析
        4.4.4 双层CFRP激光切割面裂纹分析
    4.5 激光切割双层CFRP表面粗糙度分析
        4.5.1 0°-45°双层CFRP激光切割表面粗糙度分析
        4.5.2 激光功率对双层CFRP激光切割表面粗糙度影响
    4.6 双层CFRP激光切割方孔及圆孔工艺实验研究
        4.6.1 双层CFRP激光切割方孔实验研究
        4.6.2 双层CFRP激光切割圆孔实验研究
        4.6.3 双层CFRP激光切割方孔与圆孔尺寸补偿法
    4.7 本章小结
结论
参考文献
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]碳纤维复合材料在轻质化家具设计中的应用[J]. 余拓,孙德林,王张恒,耿一豪.  林产工业. 2018(10)
[2]汽车用碳纤维复合材料的结构设计与加工工艺[J]. 张胜男,刘艳兵.  汽车工艺与材料. 2018(09)
[3]碳碳复合材料的水射流钻孔技术研究[J]. 蔡志刚,陈晓川,王迪,鲍劲松.  机械工程学报. 2019(03)
[4]碳纤维复合材料在汽车前地板下纵梁加强板应用初探[J]. 郭琳琳,徐勇,范伟江,吴庆春.  汽车工艺与材料. 2018(08)
[5]全球碳纤维技术发展分析及其对我国的启示[J]. 田雅娟,张志强,陶诚,杨明,巴金,陈云伟.  世界科技研究与发展. 2018(04)
[6]基于轻量化概念的碳纤维复合材料汽车保险杠设计[J]. 吴飞.  塑料工业. 2018(08)
[7]大丝束碳纤维布在复合材料客车车身的应用研究[J]. 刘宾宾,肖志远,蔡烨梦.  合成纤维工业. 2018(04)
[8]碳纤维复合材料汽车B柱中部支撑板设计与分析[J]. 陈伟,朱小镇.  汽车实用技术. 2018(15)
[9]现代飞机用特种纤维及其复合材料的最新进展[J]. 罗益锋,罗晰旻.  纺织导报. 2018(S1)
[10]光纤激光切割及其在精密加工中的应用展望[J]. 姚令,吴楠,韩宪军,嵇曦明.  热加工工艺. 2018(07)

硕士论文
[1]单层碳纤维复合材料激光切割过程的数值模拟[D]. 于冬洋.大连理工大学 2017
[2]CFRP钻削加工排屑仿真及实验研究[D]. 金超.哈尔滨理工大学 2017
[3]CFRP加固钢筋混凝土板的抗火性能研究[D]. 李维.昆明理工大学 2017
[4]高模量碳纤维增强复合材料激光切割技术研究[D]. 薛庆明.哈尔滨工业大学 2016
[5]激光切割铝合金钣金件力学性能研究[D]. 彭凯.陕西理工学院 2016
[6]激光切割辅助气体数值模拟及切割状态监控若干问题研究[D]. 刘坤阳.燕山大学 2012



本文编号：2909378