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第1章 绪论 1

1.1 复合材料的定义 1

1.2 碳纤维复合材料的组成、性质及应用 2

1.3 碳纤维复合材料可加工性及国内外研究进展 6

1.3.1 碳纤维复合材料的可加工性 7

1.3.2 碳纤维复合材料切削力行为 8

1.3.3 碳纤维复合材料切削热行为 9

1.3.4 碳纤维复合材料切削表面质量 10

1.3.5 碳纤维复合材料切削刀具磨损 11

1.3.6 碳纤维复合材料切削刀具 15

1.3.7 复合材料特种加工方法 17

1.4 碳纤维复合材料切削加工的挑战 19

参考文献 20

第2章 复合材料叠层结构切削有限元仿真研究 24

2.1 引言 24

2.2 复合材料叠层结构的物理特性和基本构型 25

2.2.1 钛合金层 26

2.2.2 碳纤维复合材料层 27

2.3 复合材料模型的几何特征与边界条件 29

2.3.1 叠层结构切削仿真基本假设 29

2.3.2 基于界面切削和界面损伤形成机制研究的CFRP/Ti有限元模型 30

2.3.3 基于切削顺序和切削参数影响研究的CFRP/Ti有限元模型 31

2.3.4 运动方程：Abaqus/Explicit方案 32

2.4 材料本构关系和渐进损伤准则 33

2.4.1 钛合金本构模型 33

2.4.2 碳纤维复合材料本构模型 36

2.4.3 界面本构模型 39

2.5 叠层结构正交切削模型实验验证 42

2.6 叠层界面切削机理研究 43

2.6.1 碳纤维复合材料/钛合金叠层结构正交切削过程研究 43

2.6.2 叠层界面切削损伤形成机理 45

2.6.3 叠层结构次表层损伤研究 50

2.7 切削顺序对叠层结构加工性的影响 52

2.7.1 切削顺序对叠层结构切屑形成过程的影响 53

2.7.2 切削顺序对叠层结构已加工表面形貌的影响 56

2.7.3 切削顺序对叠层结构次表层损伤的影响 57

2.8 纤维铺层方向对叠层结构可加工性的影响 59

2.8.1 纤维铺层方向对叠层结构切屑去除过程的影响 59

2.8.2 纤维铺层方向对叠层结构已加工表面质量的影响 61

2.9 本章小结 64

参考文献 64

第3章 碳纤维复合材料切削加工机理 68

3.1 引言 68

3.2 碳纤维预浸布料单点飞切试验 69

3.2.1 试验材料和刀具 69

3.2.2 试验条件 70

3.2.3 不同纤维方向的切断力变化规律 71

3.2.4 不同纤维方向的切削断口变化规律 74

3.3 基于全纤维切削角的碳纤维复合材料圆盘切削试验 82

3.3.1 试验材料和刀具 83

3.3.2 试验条件与测试方案 84

3.3.3 切削加工表面形貌及表面损伤特征评价 87

3.3.4 碳纤维复合材料细观层面材料断裂与典型切削表面形成机理 91

3.3.5 切削力特征及其与加工缺陷之间的内在联系 95

3.3.6 碳纤维复合材料钻削过程材料断裂及缺陷形成机理 101

3.4 本章小结 104

参考文献 105

第4章 碳纤维复合材料/合金叠层结构钻削加工试验研究 107

4.1 引言 107

4.2 叠层结构正交切削机理 108

4.2.1 叠层结构切屑去除过程 108

4.2.2 切削力与切削比能 113

4.2.3 碳纤维复合材料/钛合金叠层结构切屑形态分析 114

4.2.4 碳纤维复合材料已加工表面回弹现象 118

4.2.5 叠层结构已加工表面质量 120

4.3 叠层结构钻削过程及力热行为 123

4.3.1 钻削力变化规律 125

4.3.2 钻削温度变化规律 128

4.4 叠层界面切削及损伤演化机理 131

4.4.1 钛合金切屑形态及成屑规律 131

4.4.2 叠层界面损伤演化机理 133

4.4.3 碳纤维复合材料孔壁损伤演化机理 134

4.5 碳纤维复合材料/钛合金叠层结构制孔精度分析 134

4.5.1 钻削参数对制孔精度的影响 134

4.5.2 叠层顺序对孔精度的影响 137

4.5.3 碳纤维复合材料层孔出口分层 137

4.6 基于成屑规律的钻削损伤抑制策略 140

4.6.1 基于切点轨迹时空有序分布的切屑尺寸主动控制 140

4.6.2 啄钻力热行为 142

4.6.3 碳纤维复合材料层孔壁损伤与制孔精度分析 144

4.7 本章小结 147

参考文献 148

第5章 碳纤维复合材料切削加工表面质量评价 149

5.1 引言 149

5.2 碳纤维复合材料制孔缺陷评价方法 149

5.2.1 各类制孔缺陷评价方法 150

5.2.2 制孔缺陷综合评价方法 151

5.3 碳纤维复合材料单向层合板的表面粗糙度评价 152

5.3.1 常用表面粗糙度评价方法 152

5.3.2 碳纤维复合材料单向层合板粗糙度轮廓特征及其评价方法 153

5.4 碳纤维复合材料单向层合板的制孔缺陷及其形成机理 155

5.4.1 分层 156

5.4.2 撕裂 158

5.4.3 毛刺 160

5.4.4 碳纤维复合材料单向层合板制孔缺陷总结 162

5.5 碳纤维复合材料单向层合板分层缺陷的三维体积评价方法 163

5.5.1 分层缺陷的检测方法 163

5.5.2 碳纤维复合材料单向层合板分层缺陷的SAM定征试验 165

5.5.3 三维体积分层因子评价方法 169

5.6 基于声发射信号的碳纤维复合材料切削缺陷主动控制 172

5.6.1 声发射信号定征试验 174

5.6.2 基于声发射信号的碳纤维复合材料切削缺陷预测建模 181

5.7 碳纤维复合材料承载性能及其对制孔损伤敏感性分析 182

5.7.1 碳纤维复合材料力学性能测试 183

5.7.2 碳纤维复合材料静拉伸力学性能及其对制孔损伤敏感性分析 186

5.7.3 碳纤维复合材料拉伸疲劳性能及其对制孔损伤敏感性分析 189

5.8 本章小结 192

参考文献 193

第6章 碳纤维复合材料切削加工工艺及应用 194

6.1 引言 194

6.2 复合材料加工刀具 194

6.2.1 刀具材料 194

6.2.2 复合材料加工钻头 196

6.2.3 复合材料铣刀 198

6.3 碳纤维复合材料大孔径加工工艺优化 199

6.3.1 试验方案规划 199

6.3.2 大孔径制孔过程分析和工序优化 201

6.3.3 大孔径制孔刀具稳定性分析 207

6.4 碳纤维复合材料异形孔数控加工工艺 216

6.4.1 试验方案规划 217

6.4.2 加工效果对比 218

6.5 复合材料/合金叠层结构钻削工艺验证试验平台制备与应用 220

6.5.1 低频振动钻削工艺原理及装置 220

6.5.2 复合材料/合金叠层结构自动钻削装备试验平台制备 222

6.5.3 复合材料/合金叠层结构自动钻削装备试验平台测试 230

6.5.4 低频振动钻削工艺与普通钻削工艺对比分析 233

6.6 本章小结 239

参考文献 240