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：宇航材料工艺, 2020, 50(06): 31-40.

• 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

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。

• 单位
  天津大学; 上海飞机制造有限公司