不同纤维方向角时碳纤维增强树脂基复合材料切削力建模

• 作者: 秦旭达 朱圣富 李士鹏 葛恩德 唐心凯
• 来源期刊: 宇航材料工艺
• 学科: 工学
• 关键词: 碳纤维增强树脂基复合材料 纤维方向角 变形区 临界损伤长度 切削力模型
• 年，卷（期）: 2020,（6）
• 所属期刊栏目: 计算材料学
• 页码范围: 31-40
• 页数: 10页
• 分类号: TB332
• 语种: 中文
• DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.06.004

摘要

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)切削中,存在纤维断裂、基体失效和界面相失效等多个过程,且不同纤维切削角时切屑形成机理不同,因而CFRP切削力的有效预测非常困难.对此本文结合最小势能原理和Winkler弹性地基梁理论,基于CFRP代表性单元(RVE),利用其微元求解纤维挠曲变形方程,分别分析了不同纤维方向角时三个切削变形区的力学行为,并完成纤维临界损伤长度的预测,最终形成不同纤维方向角时的CFRP切削力解析模型.通过CFRP直刃铣刀铣削实验,进行了切削力模型的验证,当纤维方向角在0°～180.时,切削力计算值和实验值随纤维方向角的变化趋势相吻合,切削力大小误差在15％以内.切削力随纤维方向角的增大先增后减,分别在90°和45°附近转变变化趋势.切削形貌表明,纤维方向角为135.时,CFRP铣边加工质量较差,临界损伤长度也较大.建立的切削力解析模型可以较为准确地预测CFRP正交切削力,可为CFRP切屑形成中的力学行为分析提供理论指导.