碳纤维复合材料钻削加工仿真与实验研究

《碳纤维复合材料钻削加工仿真与实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：TH16论文编号：2017303056UDC：密级：公开硕士学位论文碳纤维复合材料钻削加工仿真与实验研究作者姓名：张迎信学科名称：机械工程研究方向：先进制造技术学习单位：华北理工大学学制：2.5年提交日期：2017年12月1日申请学位类别：工程硕士导师姓名：安立宝教授单位：华北理工大学机械工程学院田肃静高工单位：唐山市计量测试研究所论文评阅人：匿名单位：匿名单位：论文答辩日期：2018年3月6日答辩委员会主席：杨国权教授关键词：CFRP；钻削；有限元仿真；轴向力；分层因子唐山华北理工大学201

2、8年3月ResearchonFiniteElementAnalysisandExperimentofDrillingofCarbonFiberReinforcedPolymerCompositesDissertationSubmittedtoNorthChinaUniversityofScienceandTechnologyinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofEngineeringByZhangYingxin(Mechanic

3、alEngineering)Supervisor:ProfessorAnLibaoTianSujingMarch,2018独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得华北理工大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名：日期：年月日关于论文使用授权的说明本人完全了解

4、华北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以将学位论文的全部或部分内容采用影印、缩印或编入有关数据库进行公开、检索和交流。作者和导师同意论文公开及网上交流的时间：自授予学位之日起自年月日起作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要摘要碳纤维复合材料（CarbonFiberReinforcedPolymerComposites，CFRP）以其质量轻、强度大、抗疲劳等卓越的性能，在航空

5、航天、汽车、建筑等重要领域的应用日益广泛。钻削是机械加工中较为常用的制孔工艺，钻孔质量对于零件的装配精度、可靠性具有十分重要的影响。然而由于CFRP硬度大、各向异性、层间结合强度低等性质，以及切削用量、刀具几何参数的选用不合理等因素，在钻削加工时容易造成分层、毛刺、撕裂等加工质量缺陷，进而导致CFRP零件的装配精度降低、结构强度下降、加工成本增加等问题。因此，实现对CFRP高质量、高效率、低成本的制孔加工已成为近年来制造领域一项重要的研究课题。建立了CFRP钻削加工仿真模型，并与相关文献的实验研究做了对比

6、，验证了仿真模型的准确性。以主轴转速、进给量、钻头顶角为设计变量，基于响应曲面法及Box-Behnken试验设计进行了CFRP钻削仿真试验，建立了钻削轴向力的预测模型，并根据响应曲面和等高线图综合分析了三个变量对轴向力的影响作用。同时，采用正交试验法进行了CFRP钻削仿真试验，利用极差和方差分析了三个变量对分层因子的影响作用，建立了分层因子的人工神经网络预测模型与多元线性回归预测模型。综合利用人工神经网络的非线性拟合能力与遗传算法的全局寻优能力，获得了使分层因子达到最小的钻削参数组合。研究结果表明：轴向力

7、和分层因子随主轴转速的增加而降低，随进给量和顶角的增加而增加；对轴向力和分层因子影响的大小顺序依次为：进给量、主轴转速、顶角。分层因子的人工神经网络与多元线性回归预测模型的预测误差最大分别为3.1%和7.4%。在实际加工中，宜适当地提高主轴转速，降低进给量和减小钻头顶角，以降低钻削轴向力，减少钻削CFRP时的分层、撕裂等缺陷，进一步改善制孔质量。研究所采用的方法也为CFRP钻削加工中切削温度、刀具磨损等问题的研究提供一定的指导。图36幅；表11个；参92篇。关键词：CFRP；钻削；有限元仿真；轴向力；分层

8、因子分类号：TH16-I-华北理工大学硕士学位论文AbstractCarbonFiberReinforcedPolymerComposites(CFRP)hasbeenwidelyappliedinaerospace,automobile,architecture,andothersignificantindustrialfieldsduetoitsexcellentperformancesuchaslightweight,h