本文關鍵詞：NOMEX蜂窩復合材料直刃刀超聲復合切割機理研究

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【摘要】：由于NOMEX蜂窩復合材料具有高比強度、高比剛度、耐腐蝕、絕緣性能好等一系列優(yōu)良特性，目前在航天航空領域已得到廣泛應用。NOMEX蜂窩復合材料是一種典型的難加工纖維材料，傳統(tǒng)的高速銑削加工時,材料表面容易出現(xiàn)基體開裂、毛刺、外形缺陷等現(xiàn)象，這些加工缺陷降低了結(jié)構(gòu)件的使用性能，難以滿足航空航天領域的應用需求。針對這些問題，近年來國內(nèi)開始引進超聲復合切割技術(shù)，但是由于該技術(shù)在國內(nèi)起步較晚，目前對超聲復合切割加工技術(shù)的研究還處于初級階段，對蜂窩復合材料的加工研究僅限于銑削加工原理及加工工藝方面，對蜂窩復合材料的超聲復合切割加工尚未進行系統(tǒng)化的從加工機理到加工工藝研究，以至于尚未能夠?qū)崿F(xiàn)蜂窩復合材料的高效、優(yōu)質(zhì)加工，這在一定程度上限制了其在航空領域的應用。針對此本文以直刃刀超聲復合切割NOMEX蜂窩復合材料為研究對象，開展超聲復合切割機理及加工工藝參數(shù)優(yōu)化研究，主要研究內(nèi)容與成果如下： （1）針對目前未形成完善的NOMEX蜂窩復合材料超聲復合切割加工機理體系，本文基于直刃刀超聲蜂窩復合材料運動學特性分析，應用動態(tài)斷裂力學理論研究蜂窩復合材料超聲復合切割微觀斷裂機理，研究表明加入超聲振動后，振動沖擊作用引起材料內(nèi)部裂紋快速擴展，材料出現(xiàn)超前微觀斷裂，從而減小了切割力。并在此基礎上，建立了切割力與工藝參數(shù)及刀具參數(shù)的關系理論模型，為工藝參數(shù)優(yōu)化奠定理論基礎。 （2）針對當前NOMEX蜂窩復合材料超聲切割加工中工藝參數(shù)具有盲目性以及加工質(zhì)量、加工效率不理想問題，本文進行直刃刀有超聲和無超聲兩種條件下切割NOMEX蜂窩復合材料的切割力試驗研究。研究表明與普通切割加工相比，超聲復合切割加工可以有效地降低切割力，獲得較好的表面加工質(zhì)量，具有突出加工優(yōu)勢；研究總結(jié)各切割參數(shù)及切割參數(shù)兩兩交互作用對切割力的影響，研究表明合理選擇刀具擺角、刀具前傾角、切割深度工藝參數(shù)對減小切割力改善加工質(zhì)量具有重要意義，并為工藝參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)；研究結(jié)果很好地驗證了建立的切割力理論模型正確性； （3）針對超聲切割加工中切割參數(shù)如何合理選擇一直沒有得到很好的解決問題，本文以提高加工效率和加工質(zhì)量為出發(fā)點，建立以切割力和材料去除率為優(yōu)化目標函數(shù)，，開展優(yōu)化切割參數(shù)優(yōu)化研究，應用一種結(jié)合了遺傳算法的全局搜索尋優(yōu)和非線性規(guī)劃算法的局部尋優(yōu)的優(yōu)化算法進行切割參數(shù)的優(yōu)化計算，獲取最佳工藝參數(shù)。優(yōu)化結(jié)果表明:優(yōu)化工藝參數(shù)的結(jié)果與理論分析結(jié)果相一致，說明該優(yōu)化結(jié)果的正確性，可為實際加工過程中的工藝參數(shù)的合理選擇提供了一定的參考價值。
【關鍵詞】：NOMEX蜂窩復合材料 直刃刀 超聲復合切割 運動學 切割力 工藝參數(shù)優(yōu)化
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V250
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 NOMEX 蜂窩復合材料的特性及應用11-13
• 1.1.1 NOMEX 蜂窩復合材料的特性11-12
• 1.1.2 NOMEX 蜂窩復合材料的應用12-13
• 1.2 NOMEX 蜂窩復合材料及加工的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 NOMEX 蜂窩復合材料的性能研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 NOMEX 蜂窩復合材料銑削工藝研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 NOMEX 蜂窩復合材料的切削機理研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.4 NOMEX 蜂窩復合材料超聲復合切割技術(shù)研究現(xiàn)狀16
• 1.3 課題的來源、研究意義與目的、技術(shù)路線及主要研究內(nèi)容16-21
• 1.3.1 課題的來源16
• 1.3.2 論文的研究意義與目的16-17
• 1.3.3 論文的研究內(nèi)容和技術(shù)路線17-19
• 1.3.4 論文的框架及內(nèi)容19-21
• 1.4 本章小結(jié)21-22
• 第二章 NOMEX 蜂窩復合材料超聲復合切割加工技術(shù)及工藝22-31
• 2.1 引言22
• 2.2 超聲加工技術(shù)22-26
• 2.2.1 超聲加工原理22-23
• 2.2.2 超聲波加工設備的組成23-25
• 2.2.3 超聲波加工特點及應用25-26
• 2.3 數(shù)控超聲復合切割技術(shù)26-28
• 2.3.1 NOMEX 蜂窩復合材料超聲復合切割技術(shù)的發(fā)展26
• 2.3.2 超聲復合切割加工原理26-27
• 2.3.3 超聲復合切割加工的特點及應用27-28
• 2.4 NOMEX 蜂窩復合材料直刃刀超聲復合切割加工工藝28-30
• 2.4.1 NOMEX 蜂窩復合材料超聲復合切割的固持方法28-29
• 2.4.2 NOMEX 蜂窩復合材料直刃刀超聲復合切割加工工藝分析29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 NOMEX 蜂窩復合材料超聲復合切割微觀斷裂機理及切割力建模31-51
• 3.1 前言31
• 3.2 NOMEX 蜂窩復合材料的本構(gòu)特征分析31-35
• 3.2.1 蜂窩復合材料相對密度32
• 3.2.2 蜂窩復合材料面內(nèi)力學特性32-34
• 3.2.3 蜂窩復合材料面外力學特性34-35
• 3.3 NOMEX 蜂窩復合材料直刃刀超聲復合切割運動特性分析35-37
• 3.3.1 NOMEX 蜂窩復合材料直刃刀超聲復合切割運動學分析35
• 3.3.2 超聲復合切割中刀具—工件間斷性接觸分析35-37
• 3.4 基于斷裂力學的蜂窩復合材料直刃刀超聲復合切割微觀斷裂機理研究37-44
• 3.4.1 在超聲振動沖擊作用下切割蜂窩復合材料的力分析37-38
• 3.4.2 在超聲振動沖擊作用下 NOMEX 蜂窩復合材料微觀斷裂分析38-44
• 3.5 直刃刀超聲復合切割 NOMEX 蜂窩復合材料的切割力建模44-49
• 3.5.1 無超聲作用下直刃刀切割蜂窩復合材料的切割力分析45-47
• 3.5.2 有超聲作用下直刃刀切割蜂窩復合材料的切割力分析47-49
• 3.6 本章小結(jié)49-51
• 第四章 NOMEX 蜂窩復合材料直刃刀超聲復合切割力試驗研究51-74
• 4.1 前言51
• 4.2 實驗測量裝置及材料51-54
• 4.2.1 實驗設備51-52
• 4.2.2 實驗材料52-53
• 4.2.3 實驗測量系統(tǒng)及原理53-54
• 4.2.4 基于虛擬儀器的測力平臺54
• 4.3 NOMEX 蜂窩復合材料直刃刀超聲復合切割力試驗方案設計54-57
• 4.3.1 試驗設計概述54-55
• 4.3.2 試驗方案設計55-57
• 4.4 有超聲和無超聲條件下 NOMEX 蜂窩復合材料切割試驗研究57-72
• 4.4.1 單因素試驗57-59
• 4.4.2 單因素實驗結(jié)果分析59-63
• 4.4.2.1 有超聲和無超聲下切割蜂窩復合材料的切割力對比分析59-60
• 4.4.2.2 工藝參數(shù)對切割力的影響規(guī)律分析及切割力理論模型驗證60-63
• 4.4.3 正交試驗63-64
• 4.4.4 實驗結(jié)果分析64-70
• 4.4.4.1 工藝參數(shù)對切割力的顯著性分析64-65
• 4.4.4.2 因素兩兩交互作用對切割力的影響規(guī)律分析65-70
• 4.4.5 無超聲和有超聲條件下 NOMEX 蜂窩復合材料加工表面質(zhì)量分析70-72
• 4.5 本章小結(jié)72-74
• 第五章 基于遺傳算法和非線性規(guī)劃函數(shù)尋優(yōu)算法優(yōu)化切割參數(shù)74-84
• 5.1 前言74
• 5.2 基于遺傳算法和非線性規(guī)劃函數(shù)尋優(yōu)算法理論74-78
• 5.2.1 遺傳算法的原理75-78
• 5.2.2 非線性規(guī)劃尋優(yōu)78
• 5.2.3 終止循環(huán)準則78
• 5.3 建立切割參數(shù)優(yōu)化的數(shù)學模型78-81
• 5.3.1 切割參數(shù)優(yōu)化目標函數(shù)78-80
• 5.3.2 切割參數(shù)優(yōu)化設計變量80
• 5.3.3 切割參數(shù)優(yōu)化的約束條件80-81
• 5.4 工藝參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果分析81-83
• 5.5 本章小結(jié)83-84
• 第六章 結(jié)論與展望84-87
• 6.1 結(jié)論84-85
• 6.2 展望85-87
• 致謝87-88
• 參考文獻88-92
• 附錄92

【參考文獻】

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本文編號：709205