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复合材料因其质轻高强、比强度和比刚度高的优良性能,使其在航空、军事和汽车等领域的应用广受欢迎。但其脆硬性和可设计叠加层压的制造工艺,却成为钻孔缺陷的诱因。针对纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Plastics,FRP)的钻孔缺陷问题,以FRP层合板为研究对象,采用有限元仿真分析钻削加工过程中层合板的应变响应;根据材料失效准则,对分层区域加以评价,并与实验结果对比分析,进而阐释FRP钻孔分层缺陷的产生机理。论文主要内容包括以下方面:首先,基于大量文献,梳理FRP层合板出现的钻孔缺陷,对各缺陷出现的已有主要原因进行分析总结,并在此基础上选取最易出现的分层缺陷加以研究。其次,采用ABAQUS有限元软件,建立FRP层合板的二维冲击和三维钻孔有限元仿真模型;基于HASHIN和PUCK两种材料失效准则,分析钻削分层缺陷出现的条件,编制相应的VUMAT用户材料子程序,结合界面粘结单元(cohesive element)技术,对碳纤维增强复合材料(Carbon Reinforced Plastics Fiber,CFRP)进行三维钻削仿真,给出钻孔过程的CFRP层合板钻孔周围的应力应变分布,并对应变的大小和所在的位置的关系加以分析。第三,基于仿真结果,制定传感器布设方案,对玻璃纤维/环氧树脂复合材料层合板(Glass-Fiber-Reinforced Plastic,GFRP),分别进行入口侧、出口侧的单侧及双侧应变响应测试;分析复合材料层合板缺陷产生和分布特点,优化CFRP层合板钻孔实验方案。第四,搭建CFRP层合板钻孔应变响应监测实验平台,采用双钻尖顶角的改良麻花钻,分别对有、无垫板两种支撑装夹条件下的CFRP层合板进行钻孔实验。结果表明:垫板支撑有利于抑制分层缺陷的出现;钻孔周边沿纤维方向更容易出现分层,同时伴有撕裂和毛边缺陷;出口侧的缺陷较入口侧更为严重。对实验结果与仿真结果进行对比分析,二者在出现缺陷的形式及位置上基本吻合;同时,利用最大直径比的方法对分层缺陷进行评价,其分层因子仅相差5.8%,仿真模型的有效性可在一定程度上对CFRP层合板钻孔缺陷进行预测。