基于三维多相有限元的CFRP细观切削机理研究

作     者：齐振超 刘书暖 程晖 孟庆勋 李原 QI Zhenchao;LIU Shunuan;CHENG Hui;MENG Qingxun;LI Yuan

作者机构：西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室西安710072 西北工业大学机电学院西安710072 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2016年第52卷第15期

页      面：170-176页

核心收录：

学科分类：081203[工学-计算机应用技术] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0835[工学-软件工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51305352 51475379) 

主　　题：CFRP 直角切削 三维多相 有限元 切削机理 

摘      要：为深入揭示碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastic/polymer,CFRP)切削机理,针对目前宏观单相有限元方法无法直观体现纤维和基体的失效形式、切屑类型等问题,借助数值仿真方法建立了CFRP直角切削的三维多相有限元模型。测量刀具刀尖形貌,根据刀具和CFRP设计数据提取CFRP纤维、基体细观几何信息,建立直角切削细观几何模型;基于定义材料本构用户子程序(User subroutine to define material behavior,VUMAT)分别定义纤维和基体的材料本构(弹塑性、失效准则、损伤演化方式),对不同纤维方向角的三维多相CFRP直角切削模型进行仿真分析;设计直角切削试验对仿真结果进行对比验证。仿真结果直观地展示了基体和纤维的失效形式、切屑形成过程、不同情况下切削亚表面损伤深度,通过各种情况下切削力数据的分析,揭示了切削力随纤维方向角的变化规律,并通过试验验证了该有限元建模仿真方法的有效性。