随着全球经济的飞速发展,越来越多的科学技术实现突破与自新,制造业也不断实现技术创新与产业革命。行业的发展使其对材料的性能（高硬度、高强度、高韧性、耐高温、耐腐蚀等）及表面质量（表面粗糙度、表面光洁度等）提出了更高的要求。尤其是在航空航天、精密光学等高精尖领域,对高性能材料及高性能复合材料的表面质量提出了更高的要求。磨削作为最终的材料去除工艺,广泛应用于精密与超精密加工领域,能够直接影响零件的表面力学性能和质量。然而,高性能材料的可加工性相较于普通材料较低,而且容易产生磨削裂纹、表面划痕、磨削烧伤、砂轮堵塞等一系列问题。从磨削机理分析,较高的法向磨削力与较低的切向磨削力是导致上述问题产生的主要原因。液体防弹衣在受到高速冲击时其主要组织成分会发生“粒子簇”效应以抵挡冲击能量,基于该原理设计了一种防弹衣式新型磨具（Body-armor-like abrasive tool,BAAT）。当利用防弹衣式新型磨具进行加工时,工件表面的微凸峰会对新型磨具形成瞬时冲击作用,使新型磨具中的主要组织成分在微凸峰的切向以及底部位置形成“粒子簇”,从而以“高剪低压”的方式实现材料去除。由于“粒子簇”效应的形成机理较为复杂,因此本文采取有限元仿真（Finite element method,FEM）的方法建立了防弹衣式新型磨具复合模型,探究了新型磨具中“粒子簇”效应的形成机理,验证了磨削过程中“高剪低压”的作用效果。搭建了防弹衣式新型磨具磨削实验平台,对镍基高温合金Inconel718进行了“高剪低压”磨削实验研究,验证了仿真结果的有效性,探究了新型磨具的磨削性能。主要开展的研究内容如下:（1）根据防弹衣式新型磨具的加工原理,在有限元分析中采取了耦合欧拉-拉格朗日（Coupled Eulerian-Lagrangian,CEL）分析方法和Mie-Grüneisen状态方程定义方式,建立了防弹衣式新型磨具仿真复合模型。（2）利用建立的防弹衣式新型磨具复合模型进行“粒子簇”形成过程仿真分析。仿真结果表明,在不同黏度梯度下,当微凸峰对工件表面形成瞬时冲击时,剪切增稠流体（Shear thickening fluid,STF）由于冲击作用溅起射流。由于高黏度的作用,溅起的射流并没有发生分散。随着微凸峰冲击深度的不断增大,在微凸峰冲击的路径上形成了气穴,在微凸峰的瞬时冲击作用下形成“粒子簇”效应。形成的分散相“粒子簇”裹挟磨粒在微凸峰的底部和切向位置发生聚集,并且与微凸峰发生强烈的碰撞与挤压作用,最终达到被加工材料的屈服极限,实现工件材料的去除。（3）建立Kevlar纤维有限元仿真模型,利用防弹衣式新型磨具复合模型对比分析三种不同实验条件下的动能、速度、Kevlar纤维位移及其形变情况,探究防弹衣式新型磨具Kevlar纤维和磨粒对微凸峰的作用效果以及磨削时的“高剪低压”效应。仿真结果表明,切向磨削力与法向磨削力的力比均值为0.78,大于传统磨削时的力比值0.33。将微凸峰的动能进行输出发现,当微凸峰与防弹衣式新型磨具接触后动能迅速下降。而新型磨具情况下微凸峰的动能下降幅度最大,仅含有纤维情况下动能耗散度最小。说明磨粒的挤压与碰撞作用对微凸峰的动能消耗作用显著。在添加磨粒和无磨粒实验条件下将纤维的位移进行对比,从仿真结果可以看出添加磨粒条件下纤维的单个节点最大下移量为1.81 mm,无磨粒的条件下纤维的单个节点最大下移量为4.85 mm,下降程度增加了62.6%,说明磨粒对于微凸峰的动能消耗作用更加显著。将微凸峰的速度进行对比发现,在无磨粒的情况下其速度下降程度最低,三组实验条件下速度的变化趋势与动能变化趋势相对一致。（4）进一步优化模型,对STF黏度采取TABULAR的方式进行定义。通过仿真结果发现,当微凸峰没有完全划入至新型磨具时,法向力的值增大,出现加工不稳定的现象;当微凸峰完全划入至新型磨具后,法向力减小,切向力发生较小幅度的增大。经过计算,力比均值达到了0.48,峰值达到了0.5,符合“高剪低压”磨削规律。（5）搭建了磨削实验平台,对Inconel718高温合金进行了“高剪低压”磨削实验。实验结果表明,采用纯Kevlar纤维进行磨削实验时其切向磨削力与法向磨削力比均值为0.35,而利用防弹衣式新型磨具磨削时其力比均值提高至0.803。将单个加工行程磨削力进行对比,力比均值由0.272提高至1.08,与仿真结果变化趋势一致,验证了仿真结果的有效性。同时测定Inconel718的表面粗糙度Ra和微观表面形貌,发现表面粗糙度由初始的0.744μm下降至0.201μm,初始横纹划痕被去除,仅残留竖纹加工纹理,工件具有良好的表面质量,证明了防弹衣式新型磨具具有“高剪低压”磨削特性和优异的磨削性能。