基于有限元CFRP多次銑削過程中面下損傷研究*

鄭華林，王貴鑫，寧海峰，胡志偉

(西南石油大學， 成都 610500)

碳纖維增強樹脂基復合材料（CFRP）具有質輕、耐疲勞性好、比強度和比剛度高的特點，滿足航空構件的需求[1]。CFRP不同于普通金屬材料，是典型的各向異性材料，由于這種特殊的性質，在切削加工過程中材料會出現分層、毛刺、撕裂、面下損傷等缺陷，嚴重影響工件的表面質量及使用壽命[2]。纖維基體界面脫粘和開裂是造成面下損傷的主要原因，隨著切削載荷的增加，裂紋會進一步擴展，從而導致材料剛度、抗疲勞等性能下降。為了減小CFRP加工過程中面下損傷缺陷，提高加工效率，研究人員對其展開了深入研究。然而，影響切削損傷的因素較多,如果僅通過大量的試驗來研究，試驗成本較高。于是研究人員開始利用有限元仿真模擬CFRP的切削損傷過程。Bhatnagar等[3]基于Hashin失效準則建立了二維正交切削有限元模型，模擬刀具切削造成的面下損傷深度。Zenia等[4]基于VUMAT子程序建立剛度退化的漸進損傷二維有限元模型，用于分析加工單向CFRP復合材料時切屑的形成和面下損傷。殷俊偉[5]利用ABAQUS建立了單向CFRP切削有限元模型，利用該模型分析纖維方向角、切削參數、刀具前后角對面下損傷的影響。Wang等[6]通過試驗和3D有限元仿真模型，研究主軸轉速、切深、纖維方向角、切削力和面下損傷之間的相互關系；另外，其團隊建立一維和二維損傷因子來定量表征層壓工件的損傷。Zhang等[7]基于VUMAT編制的三維Hashin破壞準則和材料剛度退化模型建立了CFRP高速銑削切削力漸進損傷模型，分析切削力隨纖維方向角、切削參數的變化規律?！?br>