【摘要】：針對碳纖維增強復(fù)合材料鉆削加工中存在的出口和入口毛刺、分層等質(zhì)量缺陷,本文以碳纖維復(fù)合材料的變維振動輔助鉆削為研究對象,采用理論分析與實驗研究相結(jié)合的方法,對碳纖維復(fù)合材料變維振動輔助鉆削裝置的設(shè)計與性能測試、碳纖維復(fù)合材料振動輔助鉆削的過程仿真、碳纖維復(fù)合材料變維振動輔助鉆削加工系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行了研究。論文主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)進(jìn)行了變維振動輔助鉆削裝置的設(shè)計與有限元仿真分析。通過分析復(fù)合材料切削過程,提出了一種變維振動輔助鉆削裝置設(shè)計方法,研究了變維振動輔助鉆削裝置的振動組成以及振動單元的結(jié)構(gòu)布置形式,在此基礎(chǔ)上設(shè)計出可實現(xiàn)空間多維振動共存的變維振動輔助鉆削裝置模型,利用有限元軟件對設(shè)計的變維振動輔助鉆削裝置進(jìn)行靜力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析及瞬態(tài)分析。(2)開展了變維輔助振動鉆削裝置的性能測試。為了測試設(shè)計的變維振動輔助鉆削裝置的輸出性能,搭建了性能測試平臺,開展了裝置的頻率響應(yīng)測試、相位差測試、輸出電壓測試、分辨率測試、最大行程測試,得到了裝置的輸出性能。(3)研究并實現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料振動輔助鉆削的過程仿真。通過編寫適用于三維碳纖維復(fù)合材料的有限元子程序,建立粘性層單元模型,在邊界層施加振動模式,實現(xiàn)振動輔助制孔的有限元仿真,對仿真結(jié)果進(jìn)行分析,探究振動對復(fù)合材料軸向力與分層的影響,為實際加工提供依據(jù)。(4)研究并開發(fā)了碳纖維復(fù)合材料變維振動輔助鉆削加工系統(tǒng)。通過設(shè)計鉆削過程不同階段的振動輔助鉆削的控制策略,搭建碳纖維復(fù)合材料變維振動輔助鉆削加工系統(tǒng),并對碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行了鉆削加工實驗。經(jīng)實驗表明,本文研制的變維輔助鉆削加工系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的目的。
【圖文】：

圖 2. 7 三維振動輸出軌跡圖制壓電換能器信號的輸入相數(shù)就可以實現(xiàn)振動單元合振動之間切換，從而實現(xiàn)變維振動。助鉆削裝置建模設(shè)計振動輔助加工的關(guān)鍵單元，其主要功能是將交流電具有能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單可靠等優(yōu)點，被廣泛換能器作為位移激勵單元。泛的換能器結(jié)構(gòu)，夾心式壓電換能器由前后蓋板、電陶瓷堆由壓電陶瓷與電極片構(gòu)成，電極片放置在瓷堆位于前后蓋板之間。由于壓電陶瓷本身屬于高脆下，因此通過緊固螺栓和前后蓋板給壓電陶瓷施加。后蓋板均由金屬材料制成，這是由于壓電陶瓷在工

圖 2. 9 壓電換能器結(jié)構(gòu)尺寸圖上述激勵原理，設(shè)計的壓電換能器如圖 2.9 所示，壓電換能器的各部分長度8）定義。5 5 43 3 4 4 3 34 3 32tan tan tan tan tan tan35 5 4 4 5 5z z z(k l ) (k l ) (k l ) (k l ) (k l ) (k l )z z z+ + = （2Z3、Z4、Z5是每個部分的阻抗而 k3、k4、k5是相對應(yīng)的波節(jié)數(shù)，根據(jù)下列公( 3, 4,5)( 3, 4,5)i i i iiiz c S ik icρω= == =（2，，Ci 和 Si 分別代表了各部分的密度、聲速和截面面積而 是波節(jié)數(shù)，也就是換能器是先確定軸向頻率，再確定徑向頻率。當(dāng)變幅桿軸向振動頻率在 20k桿工作狀態(tài)比較穩(wěn)定，因此 f 取 20kHz。表 2.4 給出了各個參數(shù)的數(shù)值，表換能器的具體尺寸。表 2. 4 壓電換能器材料參數(shù)表
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ342.742;TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2688334