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基于组合芯模维形传压的复合材料帽型加筋构件固化过程压力分布及成型质量

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复合材料学报 2023年第5期40卷 2609-2620页

作者：常腾飞湛利华邓帆李树健湖南科技大学机电工程学院湘潭411201 中南大学轻合金研究院长沙410006

为改善硅橡胶芯模辅助成型中调型孔工艺窗口过窄,导致复合材料帽型件成型质量对其敏感性过高问题,提出硅橡胶芯模&真空袋气囊组合新方法,并对不同调型孔硅橡胶芯模&真空袋气囊下成型的复合材料帽型件固化过程中压力分布和固化后成型精... 详细信息

为改善硅橡胶芯模辅助成型中调型孔工艺窗口过窄,导致复合材料帽型件成型质量对其敏感性过高问题,提出硅橡胶芯模&真空袋气囊组合新方法,并对不同调型孔硅橡胶芯模&真空袋气囊下成型的复合材料帽型件固化过程中压力分布和固化后成型精度、微观结构与力学性能进行了研究。结果表明:未开设调型孔&真空袋气囊,构件内部压力大小波动明显且不均分布,随着孔占比XS的增大,在XS=0.40~0.53内,构件内部压力均匀且稳定在所需压力0.6 MPa,同时,构件厚度和型腔高度平均差值仅为0.046 mm和0.40 mm,其三角区域微观结构质量较高,平均拉脱性能和增幅分别为3.42 MPa和23.02%。本文提出的方法具有更宽的调型孔工艺窗口,在复合材料帽型件固化成型领域具备一定应用潜力。

关键词：复合材料帽型加筋构件共固化组合芯模成型质量

电火花辅助铣削钛合金多能场建模及调控优化研究

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机械工程学报 2023年

作者：魏荣徐默然李常平李树健李鹏南岭南大学机械工程学院(韩国) 湖南科技大学机电工程学院

钛合金的高质高效切削一直是机械加工领域的难题。虽然有各种热场辅助高效精密加工方法，但缺乏对其力学行为和切削温度等多能场耦合的理论研究，导致难以合理高效地调控优化工艺。针对上述问题，基于热-力耦合的电火花辅助铣削(EDAM)... 详细信息

钛合金的高质高效切削一直是机械加工领域的难题。虽然有各种热场辅助高效精密加工方法，但缺乏对其力学行为和切削温度等多能场耦合的理论研究，导致难以合理高效地调控优化工艺。针对上述问题，基于热-力耦合的电火花辅助铣削(EDAM)多能场模型进行了调控优化研究，以提高钛合金加工的效率和质量。首先，确定了以电容、转速和电极宽度角为优化变量；然后，建立了热-力耦合的EDAM放电辅助温度和切削力模型；同时，基于响应曲面分析法分析了优化变量对EDAM加工特性的影响，以确定最优参数组合；最终，一系列钛合金EDAM实验验证了理论模型的准确性和优化结果的有效性。研究结果表明，通过理论模型对EDAM加工过程中的多能场的调控优化，EDAM的切削力和表面粗糙度比传统铣削(CM)降低了52.7%和80%。

关键词：钛合金电火花辅助铣削多能场热-力耦合模型调控优化

温度制度对纤维增强复合材料挖补修复过程的温度场影响

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宇航材料工艺 2022年第6期52卷 19-27页

作者：曹正李树健龙习坤湖南科技大学机电工程学院湘潭411201

借助有限元模拟仿真的方法,开展纤维增强复合材料结构在挖补修复过程的补丁固化行为研究。基于材料的温变特性,建立了复合材料结构挖补修复的补丁固化模型,探讨了升温速率和保温时间对挖补修复过程的温度场影响。结果表明,相比于保温时... 详细信息

借助有限元模拟仿真的方法,开展纤维增强复合材料结构在挖补修复过程的补丁固化行为研究。基于材料的温变特性,建立了复合材料结构挖补修复的补丁固化模型,探讨了升温速率和保温时间对挖补修复过程的温度场影响。结果表明,相比于保温时间,升温速率对补丁的固化行为影响更大;在升温速率增大一倍后,补丁固化中心点的温度峰值增加1.1%;温度变化速率和固化反应速率均随升温速率的提高而增加,固化区域产生明显的温度梯度;在本研究中,修复区域的最大温差高达8℃。

关键词：复合材料结构挖补修复固化过程数值仿真

成分对00Cr25Ni7Mo3N双相不锈钢组织及性能的影响

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成分对00Cr25Ni7Mo3N双相不锈钢组织及性能的影响

作者：李树健昆明理工大学

学位级别：硕士

本论文以双相不锈钢00Cr25Ni7Mo3N为研究对象,通过热处理实验、点腐蚀实验、热模拟实验,采用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析等实验设备和热力学计算软件,就合金成分Cr、Ni、Mo、N对00Cr25Ni7Mo3N双相不锈钢的力学性能、耐腐蚀性能、热... 详细信息

本论文以双相不锈钢00Cr25Ni7Mo3N为研究对象,通过热处理实验、点腐蚀实验、热模拟实验,采用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析等实验设备和热力学计算软件,就合金成分Cr、Ni、Mo、N对00Cr25Ni7Mo3N双相不锈钢的力学性能、耐腐蚀性能、热塑性等性能的影响展开系统研究,并深入分析其影响机理。主要工作如下： 1.以00Cr25Ni7Mo3N为研究对象,进行不同温度的固溶处理,观察分析其显微组织,为后面的试验提供指导。 2.对固溶处理后的试样进行相应的力学性能试验,分析力学性能变化原因。 3.对固溶处理后的试样进行相应的点蚀性能试验,分析耐点蚀性能变化原因。 4.在实验基础上,结合运用瑞典Thermo-Calc热力学软件TCW3.0中的TCFE3数据库计算并绘制出的00Cr25Ni7Mo3N相图、相含量和不同温度下的α和γ两相的PREN值,与实验结果进行对比分析。 5.在Gleeble—1500型热/力模拟试验机上,对锻态00Cr25Ni7Mo3N钢进行热塑性（热拉伸、热压缩）实验研究。不同变形温度对双相不锈钢塑性力学性能的影响。观察分析性能及其显微组织,找出最佳热塑性区间,以期对实际生产热加工过程提供参考。同时分析热塑性变形机理。

关键词： 00Cr25Ni7Mo3N 固溶组织力学性能点蚀热塑性

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树脂基复合材料制件微波固化数值模拟

复合材料学报 2023年第4期40卷 2415-2426页

作者：龙习坤李树健陈蓉曹正李常平常腾飞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

以T800碳纤维/X850环氧树脂复合材料T型制件为结合对象,利用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立了反映复合材料制件单馈口谐振腔体微波固化的有限元仿真模型,研究了微波腔体和制件内部的电磁场、温度场、固化度场的分布规律及其与微波输... 详细信息

以T800碳纤维/X850环氧树脂复合材料T型制件为结合对象,利用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立了反映复合材料制件单馈口谐振腔体微波固化的有限元仿真模型,研究了微波腔体和制件内部的电磁场、温度场、固化度场的分布规律及其与微波输入功率的映射关系。结果表明:在微波腔体内和制件内存在相反的电场强度分布,在复合材料制件内,远离微波馈入端口的区域的电场强度要高于近馈入端口区域,且在制件棱角区域,电场强度存在较强的尖端效应;随微波输入功率增加,微波腔体及制件内部的电场强度均随之增加,制件内电场强度最大值出现在上、下表面,且下表面温度明显较上表面高;提高微波输入功率会导致制件升温过快,进而诱发温度及固化度梯度。在升温中后期的制件厚度方向,温度和固化度梯度较明显。本文推荐微波输入功率应控制在500 W以内。

关键词：树脂基复合材料微波固化固化温度固化度数值模拟

一种超声超低温冰层支撑辅助CFRP钻削方法

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复合材料学报 2022年第3期39卷 1044-1054页

作者：李树健陈蓉李常平李鹏南牛秋林邱新义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

提出一种超声振动+超低温液氮+由超低温环境形成的冰冻支撑层(Ultrasonic vibration+Cryogenic liquid nitrogen+Frozen support layer,UCF)来辅助碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)钻削制孔,有效降低钻削缺陷的加工方法。该方法的基本原理为:利用超声作用下的钻头高频振动实现轴向钻削力的弱化,利用超低温液氮以及形成的冰冻支撑层来实现钻削出口侧材料的约束和支撑,并有效降低加工过程的钻削热影响。基于UCF的基本原理,开展了相应的UCF辅助加工实验,通过微观检测表征和缺陷因子计算等手段,与传统钻削模式(Traditional drilling,TD)、低温液氮+冰冻支撑模式(Cryogenic liquid nitrogen+Freezing support,CF)下的CFRP制孔质量进行了对比分析。结果表明,采用UCF模式和CF模式均会引起轴向力增加,但UCF模式下的最大轴向力增幅相对较小;与TD模式相比,采用UCF辅助加工方法最大可使CFRP钻削出口的毛刺因子降低75%,撕裂因子降低8.9%,分层因子降低34.6%,孔壁表面粗糙度Ra降低53.6%。

关键词： CFRP 加工缺陷背板支撑低温钻孔轴向力

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CFRP管面钻削缺陷形成机制

复合材料学报 2023年第1期40卷 141-150页

作者：邱新义李鹏南牛秋林李树健李常平唐玲艳湖南科技大学机电工程学院湘潭411201

碳纤维增强复合材料(CFRP)传动轴因性能优越广泛应用于汽车、航空航天、船舶、冷却塔风机等轻量化领域,但其钻削过程中容易出现毛刺、分层等缺陷。为了揭示CFRP管面钻削缺陷形成机制,选择双锋角钻头和三尖二刃钻对CFRP管面钻孔,利用分... 详细信息

碳纤维增强复合材料(CFRP)传动轴因性能优越广泛应用于汽车、航空航天、船舶、冷却塔风机等轻量化领域,但其钻削过程中容易出现毛刺、分层等缺陷。为了揭示CFRP管面钻削缺陷形成机制,选择双锋角钻头和三尖二刃钻对CFRP管面钻孔,利用分步钻削盲孔和通孔的方法,分析了损伤部位的受力情况,揭示了入口撕裂、出口毛刺和分层产生原因。根据实验结果,发现双锋角钻头钻孔时入口撕裂损伤较大,损伤位置在钻头与管面接触最低点,且主要是那部分水平缠绕CFRP管的纤维,原因是水平缠绕的纤维屈曲变形最大,对切削力更加敏感。双锋角钻头和三尖二刃钻的横刃对孔最终出口分层没有影响,主切削刃的切削行为决定孔最终出口分层。相同钻头钻孔时,轴向力不是唯一影响分层因子的因素,还需考虑切削热。相比双锋角钻头,三尖二刃钻因锋利的外缘尖角能有效划断纤维,使出口分层较小。

关键词： CFRP管钻削加工表面损伤轴向力出口分层双锋角钻头三尖二刃钻

考虑孔隙缺陷的CFRP微观切削仿真与实验研究

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复合材料学报 2023年第1期40卷 625-636页

作者：李树健周永超陈蓉李常平邱新义李鹏南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

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... 详细信息

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。

关键词： CFRP 孔隙切削材料损伤有限元仿真

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Cr12MoV钢电火花辅助铣削实验研究

宇航材料工艺 2022年第6期52卷 44-51页

作者：李常平黄磊李树健李鹏南高泰祖湖南科技大学机电工程学院湘潭411201 韩国岭南大学机械工程学院大邱38541

以典型难切削金属材料Cr12MoV模具钢为研究对象,使用ABAQUS对其在电火花放电条件下温度场进行数值模拟,在不同进给率下对其进行传统铣削和电火花辅助铣削对比试验。借助高速摄像机、扫描电镜和测力计等设备,对其切削力特征、表面形貌和... 详细信息

以典型难切削金属材料Cr12MoV模具钢为研究对象,使用ABAQUS对其在电火花放电条件下温度场进行数值模拟,在不同进给率下对其进行传统铣削和电火花辅助铣削对比试验。借助高速摄像机、扫描电镜和测力计等设备,对其切削力特征、表面形貌和刀具磨损进行了对比分析研究。结果表明,电火花辅助铣削的切削力比传统铣削降低28.57%~51.47%,表面粗糙度降低2/3。与传统铣削相比,电火花辅助铣削在降低切削力、提高表面质量和减少刀具磨损方面具有显著优势。

关键词： Cr12MoV钢电火花辅助铣削温度场切削力表面形貌刀具磨损