PW-CFRP弹性性能预测及三维钻削仿真

摘要

平纹编织结构碳纤维增强树脂基复合材料（plain-woven carbon fiber-reinforced plastic,PW-CFRP）展现出高损伤容限特性，在航空航天领域应用广泛。针对PW-CFRP钻削仿真中由于其材料弹性性能变化导致单一尺度钻削仿真难以体现实际钻削力的问题，研究其弹性性能预测及多尺度三维钻削仿真。基于周期性边界条件的弹性性能参数预测模型，利用预测的材料弹性性能参数，采用多尺度有限元方法，仿真PWCFRP的三维钻削并开展试验验证。研究结果表明：基于周期边界条件的有限元法能准确预测编织复合材料的弹性常数；在剪切载荷下，其编织单胞的边界面均由平面变成曲面，发生凸凹翘曲变形；基于刚度预测模型基础的PW-CFRP三维钻削仿真模型能够准确预测制孔过程中的轴向力、扭矩；在相同工艺参数下，制孔轴向力和扭矩的仿真预测与试验结果相对误差分别为14.2%和8.5%。