磨料水射流切割碳纤维复合材料性能研究

来源 :武汉大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:dianquan999
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
碳纤维复合材料被越来越多的应用到航空、航天等高精尖领域,而传统加工方式无法高效高质量切割加工该材料,不利于其更为广泛的应用。对于磨料水射流切割金属、玻璃、陶瓷和金属基复合材料的规律,己有着较为广泛的研究,并建立了针对相应材料的切割模型。但是由于碳纤维复合材料的结构以及基体材料的不同,现有磨料射流切割的规律、性能和模型,无法直接应用到碳纤维复合材料的切割过程中。为此,本文依据碳纤维切割复合材料的实验,对切口表面的能量耗散率、基准面获取、表面粗糙度进行了研究,并提出针对于碳纤维复合材料的切割模型。本文的主要工作和研究成果如下:(1)介绍了磨料射流技术的原理、分类,磨料射流切割延性材料在喷嘴横移方向和切除方向的切割模型。分析了磨料射流中颗粒的受力,包括Stocks力、压力梯度力、附加质量力、Saffman升力、Magnus升力和Bassett力;并介绍了碳纤维复合材料的结构特性。(2)介绍了磨料射流切割碳纤维复合材料实验中的射流切割平台、表面测量仪器、实验材料的性能,并设计了碳纤维切割实验和表面测量方案,以及用于处理切割数据的自编程程序。(3)采用B样条插值拟合的方法描述碳纤维切口表面,通过积分获得切口表面的能量耗散率,并分析了切割过程中各个参数对能量耗散率的影响。当其他参数保持不变时,切割速度越大,能量耗散率在切割较小时增长较快,在切深较大时,反而会趋于平缓;而切割速度越小时,则呈现出相反的规律。磨料质量流量对能量耗散率的影响则呈现出与切割速度相似的规律。靶体材料被破坏的临界压力阈值会影响射流的切割效果;若以压力作为自变量,当压力大于靶体材料的被破坏的临界压力阈值时,其规律与切割速度相似;而当压力低于阈值时,射流对材料的切割则需要单个颗粒作用的不断积累,以达到破坏材料的目的;且在整个切割过程中,能量耗散率增长较为平缓。当到达切口末端时,射流的反射、射流与射流之间的作用、以及其他形式的摩擦等,会导致能量的快速消耗。能量耗散率并未呈现出与靶距和切割厚度较为密切的关联。(4)采用傅里叶变换对切口表面进行了幅度谱分析。分析了沿着切割深度方向的幅度谱的分布。探究了切割速度、磨料质量流量、压力、靶距和样品厚度对幅度谱分布的影响。根据相应的临界值,获得了切口表面主要成分区间和次主要成分区间长度随切割参数的变化曲线,以及幅度谱峰值随切割参数的变化曲线。(5)为了获得最适合碳纤维复合材料表面粗糙度计算的滤波方式,本文对比了锐截止低通滤波器、盒式滤波器、高斯滤波器的滤波效果,比较了直接滤波和B样条前置滤波的效果,以及对了不同阶次B样条前置高斯滤波的效果。结果显示:B样条前置高斯滤波的效果最为优异,且阶次对B样条前置高斯滤波的效果并无明显影响。(6)结合切口表面粗糙度的变化规律,以及磨料射流切割延性材料的切割模型,提出针对碳纤维复合材料的“三阶段切割模型”,从切口入口到出口,依次分别为:初始接触区域、光滑且各区域、粗糙切割区域。并分析了各个区域的范围与过程参数之间的关联。通过本文的研究,得到了磨料射流切割碳纤维复合材料表面的能量耗散率随切割参数的变化规律;采用了 B样条前置滤波的新算法来计算表面的粗糙度;分了过程参数对粗糙度的影响,并建立其针对碳纤维复合材料的切割模型。为碳纤维复合材料的加工提供了理论基础和技术支持。
其他文献
船舶在大洋中航行,由于海况恶劣、人为因素或者偶然状况,可能会发生人员落水失踪事件。船舶一旦发生这种情况,值班驾驶员就应该采取紧急措施,操纵船舶救助落水人员。为指导船舶对落水人员进行及时救助,国际海事组织(IMO)与国际民航组织(ICAO)联合出版了《国际航空和海上搜寻救助手册》,手册针对不同情况的落水人员推荐了不同救助方案,其中Scharnow旋回法非常适合对落水失踪人员进行搜寻和救助。但研究人员
同步带类XY伺服机构作为一种常见的运动控制系统,因其具有能够基于预期的轨迹和给定的运动参数实现精确定位或遵循特定的规则曲线完成轨迹跟踪等伺服功能,目前已广泛地与测量
气缸具有结构简单、运动速度快、制造成本低等一系列优点,被广泛应用在现代工业自动化生产线中。目前,在气缸大批量生产中,装配环节还是采用夹具辅助的人工装配方式,其工作效
我国布匹的产量和需求都十分巨大,但是坯布的检测仍然以人工为主。因此,越来越多的研究人员对布匹疵点的自动化检测进行研究和实现,其中大部分的疵点检测都能达到不错的检测
超级电容器由于可快速充放电、功率密度高、循环寿命长、安全环保和使用温度范围宽等优点而获得人们的青睐。作为超级电容器的核心,电极材料的电化学性能对其储能性能起决定
水上飞行器在波浪中滑行运动时,尤其是在恶劣海况下,容易产生大幅值摇荡运动,同时伴随着复杂的非线性。非线性因素对波浪中飞行器的运动稳定性及安全性能有着至关重要的影响。因此,本文基于非线性动力学理论和运动稳定性理论及其分析方法,研究了波浪中水上飞行器的滑行运动稳定性,寻求并揭示了影响波浪中水上飞行器滑行运动稳定性的内在力学机理。首先,本文在飞行器正横规则波中线性横摇运动微分方程的基础上,重点考虑阻尼力
下二门油田属于河南油田的一个老区快,1997年投入生产。由于常年注水注聚开发,且油层渗透率高、连通性好,导致目的层压力系数高,形成高压层段,而上部地层疏松、承压能力低,井筒内高压和易漏失层共存,在钻进过程中容易发生井控失控的风险。为了解决此类问题,计划先从理论上分析各因素对地层压力的影响,再结合区块实际资料,对井区进行压力预测,并进行停注泄压优化研究,降低钻进过程中的风险。首先,利用解析公式推导数
随着科技的发展,人们对结构的要求越来越走向轻质化、可展开等方面,因此板壳结构由于其优良的性能已经在航空航天、机械、工程等领域被广泛使用。薄壳结构由于其厚度很小在具
研究目的:评价基于术前外周血中血浆纤维蛋白原和血清白蛋白水平的FA评分(FA score)对上皮性卵巢癌患者预后的意义。内容:卵巢癌是当今困扰女性患者最大的妇科恶性肿瘤杀手。
在地下水数值模拟中,模型参数的网格尺度往往大于参数的测量尺度,为此常涉及到参数的尺度提升。合理的尺度提升方法既能有效提高计算效率,又能保证模拟精度。本文引入拉普拉