具有约束层阻尼的复合材料镗杆的再生颤振稳定性分析与预测

摘要

伴随当代工业产业的发展，深孔加工被普遍运用在航空航天、军事、汽车等领域，深孔加工精度与加工质量的要求也越来越高。高精度深孔加工成为机械加工领域的难题之一。研究深孔镗削加工发现，极易产生切削颤振的主要原因在于镗杆的长径比大、动刚度小，从而使得工件的表面加工质量和深孔加工精度降低，难以符合生产加工质量要求，而且缩短了刀具的使用寿命。
　　本文以具有约束层阻尼的复合材料镗杆为主要研究对象，将镗杆的动力学模型及镗削加工时镗杆的颤振稳定性分析作为重要探究方向，以期为镗削加工过程中的颤振预防和抑制提供重要理论依据，从而将颤振的危害降低。本文的主要研究工作包含以下几个方面：
　　基于Euler-Bernoulli梁理论建立再生颤振时复合材料镗杆的线性动力学模型，依据该模型对再生颤振时镗杆的稳定性进行分析，得到镗杆颤振稳定性叶瓣图，并使用数值方法验证分析结果。在稳定性叶瓣图的基础上，分析复合材料铺层角及长径比对切削稳定性的影响。
　　基于切削颤振的被动控制理论，提出具有约束层阻尼的复合材料镗杆的研究方案，利用复刚度理论，建立了具有约束层阻尼的复合材料镗杆的结构损耗因子计算模型，并对镗杆的结构参数进行优化分析。并根据理论分析计算具有约束层阻尼的复合材料镗杆的一阶固有频率、一阶阻尼比等动力学特性。
　　以再生颤振时镗杆的线性动力学模型为基础，建立具有约束层阻尼的复合材料镗杆的动力学模型。通过颤振稳定性分析，揭示了基体层、阻尼层、约束层材料对颤振稳定性的影响规律，揭示了复合材料镗杆的铺层方式及铺层角对颤振稳定性的影响规律，具有约束层阻尼的复合材料镗杆的结构参数包括阻尼层和约束层厚度、长径比也对镗杆的性能有重要影响。
　　在对颤振稳定性叶瓣图分析的基础上，利用对时滞运动方程的数值积分，得到复合材料镗杆的时域响应曲线，与时域数值积分结果的一致性说明切削稳定性叶瓣图计算结果的正确性。并利用镗削过程不发生颤振最大切削深度与系统的动刚度成正比的规律验证了预测方法的可行性。

目录

第一个书签之前

摘 要

ABSTRACT

目 录

Contents

1 绪论

1.1 课题来源、背景及意义

1.1.1 课题来源

1.1.2 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 PCDLCBB建模研究现状

1.2.2颤振控制的研究现状

1.2.3 稳定性预测研究

1.3 存在的问题

1.4 本文主要研究内容

2约束层阻尼复合材料镗杆研究基础概述

2.1 复合材料介绍

2.2 粘弹性阻尼材料介绍

2.2.1 粘弹性阻尼材料概述

2.2.2 改变粘弹性阻尼材料机能的相关条件

2.3 阻尼结构介绍

2.4 再生颤振过程分析

2.5 本章小结

3 复合材料镗杆再生颤振稳定性分析

3.1 复合材料镗杆再生颤振动力学模型

3.2 颤振稳定性分析方法

3.3 数值结果与讨论

3.4 本章小结

4 具有约束层阻尼的复合材料镗杆动力学分析

4.1 阻尼结构减振原理

4.2 约束阻尼结构镗杆的理论研究

4.3 具有约束层阻尼复合材料镗杆的动力学模型分析及优化

4.3.1 具有约束层阻尼的复合材料镗杆动力学模型分析

4.3.2 约束阻尼结构参数优化

4.3.3 镗杆固有频率理论计算

4.3.4 镗杆阻尼系数理论计算

4.4 本章小结

5 具有约束层阻尼的复合材料镗杆切削稳定性分析

5.1 颤振稳定性分析方法

5.2 数值结果与讨论

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附 录

致 谢

攻读硕士学位期间取得的学术成果和获奖情况