考虑孔隙缺陷的CFRP微观切削仿真与实验研究

作     者：李树健 周永超 陈蓉 李常平 邱新义 李鹏南 LI Shujian;ZHOU Yongchao;CHEN Rong;LI Changping;QIU Xinyi;LI Pengnan

作者机构：湖南科技大学机电工程学院湘潭411201 湖南工程学院机械工程学院湘潭411104 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2023年第40卷第1期

页      面：625-636页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(51975208 51775184 51805163)。 

主　　题：CFRP 孔隙 切削 材料损伤 有限元仿真 

摘      要：碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在航空航天等领域应用广泛。在CFRP制造过程中难以避免会产生孔隙等缺陷,对后续的切削加工造成一定影响。在考虑了CFRP成型过程形成的孔隙缺陷基础上,运用有限元仿真模拟方法,从纤维-树脂-界面尺度建立了含孔隙缺陷的CFRP微观切削仿真模型,研究了不同孔隙率条件下不同纤维排布方向的CFRP微观切削行为,并通过实验验证了仿真模型的正确性。研究结果表明:孔隙的存在会增加刀具的“空切现象,从而对CFRP切削过程的切削力、材料破坏及亚表面损伤、材料能量等产生影响。随孔隙率的增加,切削力呈下降趋势,孔隙边缘的纤维产生整体断裂的倾向增加;孔隙对0°、45°和135°纤维排布方向的CFRP切削加工的面下损伤影响不大,在纤维排布方向为90°条件下,孔隙率高于3vol%时对加工表面的面下损伤具有较大影响;在材料内部能量耗散方面,“顺切(纤维方向角小于90°)时的总耗散能低于“逆切,随孔隙率增加,总耗散能降低。