碳纤维增强复合材料制孔新技术

碳纤维增强复合材料是一种先进的复合材料，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域，为了满足与其他构件之间的装配要求，制孔是其最主要的加工方式。碳纤维增强复合材料力学性能与材料的铺层方式有密切关系，展现出各向异性，切削机理与金属材料有较大差异，易发生分层、毛刺、纤维撕裂等加工缺陷。本书以碳纤维增强复合材料为研究对象，阐述制孔的加工机理、切屑形成机理、缺陷形成机理与抑制方法，还包括影响加工结果的主要因素与加工优化方法，同时将该方法应用于机器人制孔。本书涵盖机理分析、模拟仿真、试验研究与制孔应用，涵盖碳纤维增强复合材料制孔的全生命周期，为实现高精度和高效率的碳纤维增强复合材料制孔加工奠定理论基础并提供技术支持。

黑龙江省师德标兵、省级教学名师。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 CFRP钻削机理的国内外研究现状 1
1.2 CFRP制孔加工缺陷的国内外研究现状 4
1.3 CFRP制孔加工刀具的国内外研究现状 9
1.4 CFRP制孔加工仿真的国内外研究现状 13
1.5 气力输送仿真的国内外研究现状 15
第2章 CFRP切削机理的研究 17
2.1 CFRP的结构与性能分析 17
2.1.1 碳纤维力学性质 18
2.1.2 树脂基体材料的力学性质 18
2.1.3 CFRP力学性质 19
2.2 CFRP制孔加工切屑研究 28
2.2.1 CFRP切削加工理论 28
2.2.2 CFRP切削加工验证试验 49
2.2.3 负压对切屑形成机理的影响 57
2.3 CFRP制孔力学模型的建立 59
2.3.1 复合材料的失效形式与破坏准则 59
2.3.2 碳纤维增强复合材料的制孔过程 59
2.3.3 制孔力学模型的建立与表达 61
第3章 吸气式内排屑钻削系统流场的数值计算方法 70
3.1 吸气式内排屑钻削系统结构组成和工作原理 70
3.2 吸气式内排屑刀具内流体流动控制方程 72
3.3 吸气式内排屑刀具内流道的湍流模型 77
3.3.1 标准k-ε四方程模型 77
3.3.2 吸气式内排屑刀具内流道近壁区k-ε模型 79
3.3.3 吸气式内排屑刀具内流道控制方程离散 79
3.3.4 吸气式内排屑刀具内流道的数值求解方法 80
3.4 CFRP内排屑刀具排屑负压数值模拟分析 82
3.4.1 研究对象的物理性质 82
3.4.2 排屑气流速度计算 84
3.4.3 数值模拟模型的建立 84
3.5 CFRP内排屑钻削刀具数值模拟结果分析 89
3.5.1 收敛判定依据 89
3.5.2 刀具流道内排屑过程速度分析 90
3.5.3 刀具流道内排屑过程压力分析 92
3.5.4 刀具流道内排屑过程湍动能分析 94
第4章 CFRP内排屑刀具排屑性能的仿真与试验研究 95
4.1 CFRP内排屑刀具排屑性能的定常计算结果与分析 95
4.1.1 三维定常模拟计算方法 95
4.1.2 系统排屑条件分析及排屑负压求解 96
4.1.3 负压对排屑性能的影响 100
4.1.4 刀具转速对排屑性能的影响 104
4.2 CFRP内排屑刀具排屑性能的非定常计算结果与分析 105
4.2.1 三维非定常模拟计算方法 106
4.2.2 切屑颗粒运动轨迹及排屑效果分析 106
4.2.3 CFRP切屑排屑流道内受力分析 108
4.3 吸气式内排屑系统仿真分析 109
4.3.1 流体域模型及网格划分 109
4.3.2 边界条件设置 110
4.3.3 负压对排屑性能的影响 111
4.3.4 刀具转速对排屑性能的影响 112
4.3.5 排屑过程中刀具流道的速度场及压力场分析 113
4.4 排屑性能试验与分析 117
4.4.1 试验条件及评价方法 117
4.4.2 试验结果分析 118
第5章 CFRP的机器人制孔技术 122
5.1 机器人制孔技术简介 122
5.1.1 机器人刚度模型国内外研究现状 123
5.1.2 机器人末端刚度与位姿关系国内外研究现状 124
5.2 机器人制孔系统刚度分析 124
5.2.1 机器人钻孔位姿求解及其验证 124
5.2.2 机器人关节刚度的计算 138
5.3 机器人几何模型的建立 154
5.4 不同位姿机器人模态分析 175
5.5 机器人钻孔试验研究 179
参考文献 191