颗粒增强型金属基复合材料SiCpAl的仿真与试验研究.pdf

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1、颗粒增强型金属基复合材料SiCp/Al的仿真与试验研究王贝贝2015年1月中图分类号：TG54UDC分类号：621.7颗粒增强型金属基复合材料SiCp/Al的仿真与试验研究作者姓名王贝贝学院名称机械与车辆学院指导教师解丽静副教授答辩委员会主席王西彬教授申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ThesimulationandexperimentalresearchonSiCp/AlcompositeCandidateName:WangBeibeiSchoolorD

2、epartment:MechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.XieLijingChair,ThesisCommittee:Prof.WangXibinDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导

3、下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要颗粒增强型金属基复合材料SiCp/Al因其具有高比强度、比刚度、耐疲劳、耐腐蚀、低的热膨胀系数等优良的力学性能和物理性能，广泛应用于航天、汽车、电子等领域。由于增强相颗粒SiC的存在，使得SiCp/Al

4、复合材料成为典型的难加工材料。在加工过程中存在刀具磨损严重、刀具过早失效、加工表面质量差等一系列的问题。因此应用有限元仿真技术对其进行切削的仿真模拟，有利于进行切削参数的优化，为实际的加工提供预先研究。但是，目前国内外对该复合材料的仿真研究十分少见，本文主要使用大型有限元仿真软件ABAQUS对SiCp/Al复合材料的车削和铣削模型进行仿真模拟，并对仿真中得到的切削力进行了相应的试验验证。本文的主要研究如下：1.为了了解车削加工过程中切屑和加工表面的形成机理，使用ABAQUSexplicit建立了复合材料

5、的二维切削仿真模型。依据实际的晶相图建立了多相的有限元仿真模型,并分析了车削过程中应力和应变的分布情况。2.通过对铝合金和低体积分数的SiCp/Al复合材料进行直角自由车削试验，得到不同切削速度和进给量下的切削力的值。然后将仿真值与试验值进行对比分析，得出不同的切削参数对复合材料切削力的影响规律。并将仿真得到的已加工表面形貌与试验得到进行了对比，包含颗粒的剥落、颗粒拔出后孔洞、颗粒的凸起和耕犁效应。3.通过对增强相颗粒SiC体积含量不同的SiCp/Al复合材料进行二维有限元仿真研究，得到SiC颗粒含量的

6、不同对复合材料切削力的影响规律。4.使用ABAQUSexplicit有限元仿真软件，建立了高体积分数的SiCp/Al复合材料的多相混合铣削模型和铝合金的铣削仿真模型。并分析了铣削加工过程中铝合金与复合材料应力应变分布情况的差异。5.对高体积分数的SiCp/Al复合材料和铝合金进行了槽铣加工试验，研究铣削速度和进给量对铣削力的影响和两种材料在相同切削参数下铣削力的差异，并与仿真结果进行对比。6.研究总结了切削加工颗粒增强型金属基复合材料过程中切削力的来源和组成情况，与均质材料切削力的组成和来源进行了比较。

7、关键字：SiCp/Al复合材料；多相混合模型；有限元仿真；直角切削；切削力IAbstractSiCp/Alcomposites(aluminumalloysreinforcedwithSiCparticles)areclassifiedasthetypicaldifficult-to-machinematerials,whicharewidelyusedinaerospace,automobileandelectronicsduetotheirexcellentcharacteristicssuchas

8、highspecificstrength,specificstiffness,anti-fatigue,resistantcorrosion,lowthermalcoefficientofexpansion,favorabledimensionalstabilityandthermalconduction,etc.andmanyotherexcellentmechanicalpropertiesandphysicalproperties.H