【摘要】：碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(CFRP)具有比強(qiáng)度、比剛度高,以及耐疲勞、耐腐蝕等優(yōu)良特性,近年來在航空航天等領(lǐng)域的用量逐年增多。在復(fù)合材料構(gòu)件制造過程中,銑削加工由于加工軌跡靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、加工質(zhì)量高,已成為復(fù)合材料構(gòu)件的重要加工手段。由于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料呈典型的各向異性,加工損傷對(duì)銑削力變化極為敏感,過大的銑削力極易導(dǎo)致分層、崩邊等損傷,因此實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料銑削力的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)進(jìn)而控制銑削力成為復(fù)合材料高質(zhì)高效銑削加工亟待解決的問題。本文以碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料為研究材料,使用實(shí)驗(yàn)研究與理論分析相結(jié)合的方法,首先使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并引入銑削力系數(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)CFRP單向鋪層銑削力系數(shù)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)；在此基礎(chǔ)上分析了CFRP多向?qū)雍习宓你娤髁εc單向鋪層之間的關(guān)系,使用層合疊加的方法建立了CFRP多向?qū)雍习邈娤髁︻A(yù)測(cè)模型,為工程實(shí)際中預(yù)測(cè)并控制CFRP銑削力提供了一定參考,本文主要研究?jī)?nèi)容如下：首先開展CFRP單向?qū)雍习邈娤鞴に噷?shí)驗(yàn),分析了不同纖維方向角下銑削力時(shí)域曲線特征；根據(jù)銑削力時(shí)域曲線與切削過程的對(duì)應(yīng)關(guān)系,計(jì)算得到銑削力系數(shù)數(shù)據(jù),獲得了銑削力系數(shù)隨纖維切削角、切削厚度、切削速度的變化規(guī)律。而后,基于已獲得的銑削力系數(shù)數(shù)據(jù),使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了對(duì)銑削力系數(shù)的預(yù)測(cè),并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明,預(yù)測(cè)的CFRP銑削力系數(shù)準(zhǔn)確度可達(dá)85%以上。然后,考慮各鋪層間的層間結(jié)合力的作用,對(duì)現(xiàn)有的線性疊加單向鋪層銑削力計(jì)算多向?qū)雍习邈娤髁Φ姆椒ㄟM(jìn)行了優(yōu)化。通過觀測(cè)CFRP多向?qū)雍习寮庸け砻嫘蚊埠兔嫦滦蚊?推斷出由于層間結(jié)合力作用,使得90°和135°單向鋪層受到了相鄰鋪層較強(qiáng)的支撐作用,切削狀態(tài)得以改善,對(duì)應(yīng)的銑削力較小,提出將90°和135。單向鋪層的鋪放方式分為單側(cè)異向支撐和雙側(cè)異向支撐兩種,并進(jìn)行工藝實(shí)驗(yàn),擬合出對(duì)應(yīng)的優(yōu)化系數(shù)。最后,使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)出的銑削力系數(shù)數(shù)據(jù)和考慮鋪層間結(jié)合力作用的疊加方法建立CFRP多向?qū)雍习邈娤髁︻A(yù)測(cè)模型,并進(jìn)行工藝實(shí)驗(yàn)對(duì)模型精度進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明建立的CFRP多向?qū)雍习孱A(yù)測(cè)模型精度較高,預(yù)測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確。
[Abstract]:Carbon fiber reinforced resin matrix composite (CFRP) has many excellent properties, such as specific strength, high specific stiffness, fatigue resistance and corrosion resistance, etc. In recent years, the amount of carbon fiber reinforced resin matrix composites has been increasing year by year in the field of aerospace and other fields. In the manufacturing process of composite components, milling has become an important processing method for composite components because of its flexible track, strong adaptability and high processing quality. Due to the typical anisotropy of carbon fiber reinforced composites, machining damage is very sensitive to the change of milling force, and excessive milling force can easily lead to delamination and collapse damage. Therefore, accurate prediction of milling force of composite material and control of milling force are the urgent problems to be solved in high quality and high efficiency milling of composite material. In this paper, carbon fiber reinforced resin matrix composite is used as the research material, the method of combining experimental research with theoretical analysis is used. Firstly, BP neural network is used and milling force coefficient is introduced to realize accurate prediction of CFRP unidirectional lamination milling force coefficient. On this basis, the relationship between milling force and unidirectional lamination of CFRP multidirectional laminates is analyzed, and the CFRP multidirectional milling force prediction model is established by using laminated stacking method. This paper provides a certain reference for predicting and controlling the milling force of CFRP in engineering practice. The main contents of this paper are as follows: firstly, the milling process experiment of CFRP unidirectional laminated plate is carried out, and the characteristics of milling force curve in time domain under different fiber directions are analyzed. According to the corresponding relationship between milling force time domain curve and cutting process, the data of milling force coefficient are obtained, and the change rule of milling force coefficient with fiber cutting angle, cutting thickness and cutting speed is obtained. Then, based on the data of milling force coefficient obtained, the prediction of milling force coefficient is realized by using BP neural network, and the experimental results show that the accuracy of the predicted CFRP milling force coefficient can reach more than 85%. Then, considering the effect of the interlaminar bonding force between the layers, the existing methods for calculating the milling force of multidirectional laminated plates with linear superposition unidirectional milling force are optimized. By observing the surface morphology and the underplane morphology of CFRP multidirectional laminates, it is inferred that due to the effect of interlaminar bonding force, 90 擄and 135 擄unidirectional laminates are strongly supported by adjacent layers, and the cutting state can be improved, and the corresponding milling force is smaller. 90 擄and 135 擄are proposed. The laying mode of unidirectional layer can be divided into two types: one side and the other side, and the corresponding optimization coefficient is fitted out by the experiment. Finally, using the data of milling force coefficient predicted by BP neural network and the superposition method considering the effect of interlaminar bonding force, the CFRP multidirectional milling force prediction model is established, and the precision of the model is verified by technological experiments. The results show that the CFRP multidirectional laminated plate prediction model is accurate and accurate.
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB332;TG54

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳勇,劉雄偉;在Matlab/Simulink環(huán)境下的動(dòng)態(tài)銑削力仿真[J];華僑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2003年02期

2 石莉;賈春德;孫玉龍;;應(yīng)用小波研究動(dòng)態(tài)銑削力及預(yù)報(bào)銑削顫振[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2006年10期

3 蒲金鵬;莊海軍;;基于曲率的圓周銑削銑削力建模[J];機(jī)械工程與自動(dòng)化;2009年04期

4 劉暢;王焱;;鈦合金動(dòng)態(tài)銑削力預(yù)測(cè)及其影響因素分析[J];航空制造技術(shù);2010年22期

5 孫燕華;張臣;方記文;郭松;周來水;;不銹鋼0Cr18Ni9銑削力建模與實(shí)驗(yàn)研究[J];機(jī)床與液壓;2010年19期

6 王保升;左健民;汪木蘭;;瞬時(shí)銑削力建模與銑削力系數(shù)的粒子群法辨識(shí)[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2012年03期

7 劉璨;吳敬權(quán);李廣慧;譚光宇;;基于單刃銑削力峰值的銑刀偏心辨識(shí)[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2013年01期

8 李斌;劉曉龍;劉紅奇;毛新勇;;基于驅(qū)動(dòng)電流的動(dòng)態(tài)銑削力估計(jì)方法[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年06期

9 陳章燕;銑削力的計(jì)算[J];機(jī)床;1979年05期

10 周慶國;銑削力合理計(jì)算的分析與探討[J];機(jī)械;1997年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前6條

1 李初曄;王海濤;王增新;;銑削力的理論計(jì)算與軟件仿真[A];全國先進(jìn)制造技術(shù)高層論壇暨第十屆制造業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

2 張悅琴;肖海波;;銑削力測(cè)試及試驗(yàn)設(shè)計(jì)[A];2003年11省區(qū)市機(jī)械工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2003年

3 秦曉杰;李亮;何寧;單以才;;螺旋銑孔銑削力研究[A];2010年“航空航天先進(jìn)制造技術(shù)”學(xué)術(shù)交流論文集[C];2010年

4 鄭金興;張銘鈞;孟慶鑫;;面向數(shù)控加工物理仿真的銑削力建模與仿真[A];先進(jìn)制造技術(shù)論壇暨第五屆制造業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2006年

5 楊斌;徐九華;傅玉燦;耿國勝;蘇林林;;高速銑削鈷基高溫合金的銑削力研究[A];2010年“航空航天先進(jìn)制造技術(shù)”學(xué)術(shù)交流論文集[C];2010年

6 羅五四;王林;夏志剛;毛履國;張漢就;;基于Win98的銑削力數(shù)據(jù)處理軟件的設(shè)計(jì)[A];面向21世紀(jì)的生產(chǎn)工程——2001年“面向21世紀(jì)的生產(chǎn)工程”學(xué)術(shù)會(huì)議暨企業(yè)生產(chǎn)工程與產(chǎn)品創(chuàng)新專題研討會(huì)論文集[C];2001年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前8條

1 李科選;微銑削加工銑削力建模及刀具磨損規(guī)律研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

2 王保升;瞬時(shí)銑削力模型參數(shù)辨識(shí)及其試驗(yàn)研究[D];江蘇大學(xué);2011年

3 戚厚軍;低剛度擺線輪緣高速銑削變形與銑削力建模方法[D];天津大學(xué);2009年

4 曹清園;基于銑削力建模的復(fù)雜曲面加工誤差補(bǔ)償研究[D];山東大學(xué);2011年

5 李成鋒;介觀尺度銑削力與表面形貌建模及工藝優(yōu)化研究[D];上海交通大學(xué);2008年

6 蔣永翔;復(fù)雜制造系統(tǒng)加工穩(wěn)定性在線監(jiān)測(cè)及尋優(yōu)控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2010年

7 魏兆成;球頭銑刀曲面加工的銑削力與讓刀誤差預(yù)報(bào)[D];大連理工大學(xué);2011年

8 郭強(qiáng);復(fù)雜曲面高性能側(cè)銑加工技術(shù)與方法研究[D];大連理工大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 楊中寶;基于切削圖形的動(dòng)態(tài)銑削力建模[D];天津理工大學(xué);2011年

2 劉曉龍;基于驅(qū)動(dòng)電流的銑削力高精度實(shí)時(shí)估計(jì)方法研究[D];華中科技大學(xué);2013年

3 馮薇薇;激光輔助微銑削中銑削力及其與刀尖圓弧半徑的關(guān)系研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 李全寶;基于電流與振動(dòng)信號(hào)的銑刀磨損監(jiān)測(cè)方法研究[D];青島理工大學(xué);2015年

5 江振偉;螺桿指形銑刀動(dòng)力學(xué)分析及刀具齒形優(yōu)化[D];重慶大學(xué);2015年

6 季景蘭;高速銑削RoyAlloy模具鋼銑削力及表面質(zhì)量研究[D];燕山大學(xué);2015年

7 李斌宇;銑削力與殘余應(yīng)力耦合作用下的壁板加工變形技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

8 康學(xué)洋;Cr13不銹鋼插銑加工過程顫振穩(wěn)定性研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2016年

9 張芮;基于銑削力控制的曲面加工軌跡規(guī)劃方法研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2016年

10 吳迪;淬硬鋼模具銑削拐角銑削力預(yù)測(cè)研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：2183451