SiCp/Al复合材料切削仿真研究与实验验证

摘要

SiCp/Al复合材料具有高比强度、尺寸稳定性好、热膨胀系数低、导热导电性能良好、耐磨、抗腐蚀等优良的材料性能，在航空航天等国防工业领域以及汽车电子等现代工业生产领域中具有重要的应用价值。与此同时，SiCp/Al复合材料是一种难加工材料，主要表现在刀具磨损严重、加工中容易产生积屑瘤、已加工表面上缺陷较多等方面，这些因素阻碍了其更广泛的应用。因此，有必要对SiCp/Al复合材料加工技术进行深入的研究。本文以有限元仿真技术为主要研究手段，结合实验方法，对SiCp/Al复合材料切削过程进行研究，以求对SiCp/Al复合材料加工工艺的制定、切削参数的优化等提供借鉴和参考。
　　首先，建立了SiCp/Al复合材料二维正交切削仿真模型。分别构建了基体、颗粒、界面层三相材料本构模型，并模拟了颗粒在基体中的随机分布。其中，针对颗粒在基体中分布状况，提出了一种二维区域颗粒随机分布算法，并编写相应的Python脚本对ABAQUS进行了二次开发，模拟了不同尺寸、不同体积分数的颗粒在基体中的随机分布；通过自定义子程序建立内聚力模型描述了界面层的本构关系。
　　其次，分析了SiC增强颗粒的切削状态。通过仿真模拟了颗粒相对于刀具切削路径的三种不同位置的切削情景，分析了颗粒去除等切削状态；以颗粒位于切削路径上的情景为例，在其基础上引入界面层，研究了界面层对复合材料中应力应变传递的影响，并对仿真结果后处理，定量分析了界面性质对SiC颗粒强化性能的影响。
　　最后，模拟了SiCp/Al复合材料的切削过程。设计了单因素有限元分析方案，分别以颗粒位置及粒径分布、颗粒体积分数、颗粒粒径以及切削速度、切削厚度为变化因素，研究了其对SiCp/Al复合材料的切削过程以及切削力的影响；通过单因素直角切削试验研究了切削速度、进给量对切削力的影响，并对比分析了实验切削力与仿真切削力结果，进行了偏差分析，对仿真模型进行了验证。

目录

第1章 绪论

1.2 国内外研究现状

1.2.2 SiCp/Al复合材料切削加工机理研究

1.2.3 SiCp/Al复合材料切削仿真技术研究

1.2.4 国内外研究现状的简析

1.3主要研究内容

第2章 SiCp/Al复合材料切削仿真建模

2.2.2 颗粒本构模型的构建

2.2.3 界面内聚力模型的构建

2.3.4 SiCp/Al复合材料本构模型的构建

2.3 基于有限元切削仿真的切屑形成研究

2.3.1 网格划分及边界设定

2.3.2 切屑分离准则的选择

2.4 本章小结

第3章 单SiC颗粒切削仿真研究

3.2.1 颗粒位于切削路径上

3.2.2 颗粒位于切削路径上方

3.2.3 颗粒位于切削路径下方

3.3 界面层对SiC颗粒切削的影响仿真分析

3.3.2 界面性质对SiC颗粒强化性能的影响

3.4 本章小结

第4章 SiCp/Al复合材料切削过程仿真及实验验证

4.2.1 单因素有限元分析方案设计

4.2.2 颗粒分布因素

4.2.3 颗粒粒径因素

4.2.4 颗粒体积分数因素

4.2.5 切削参数因素

4.2.6 切屑及切削表面缺陷形成机制分析

4.2.7 SiCp/Al复合材料仿真切削力分析

4.3 SiCp/Al复合材料切削验证实验

4.3.1 单因素直角车削实验设计

4.3.2 实验数据处理及结果分析

4.3.3 仿真切削力与实验切削力对比分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢