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碳纤维复合材料垂直裁切断裂行为研究
| 论文题名： | 碳纤维复合材料垂直裁切断裂行为研究 |
| 关键词： | 汽车工业;碳纤维复合材料;垂直裁切工艺;断裂行为 |
| 摘要： | 节能、环保、安全、舒适已成为当今汽车工业发展的主题。碳纤维复合材料(CarbonFiber Reinforced Polymers，简称CFRP)因具有较高的比强度和比模量、耐磨性强、可设计性以及力学性能优异等特点符合当今汽车轻量化发展的要求，所以受到各国汽车生产厂商的日益关注，近些年，国内外的多数汽车生产商都将使用碳纤维复合材料和汽车减重联系在一起，并且由碳纤维复合材料制成的汽车零部件和车身制件已在F1赛车、高级跑车和轿车上都有所应用。然而，当前固化后的CFRP制品还需要进行二次加工，由于CFRP具有高硬度、非均质和各向异性等特点，属于典型的难加工材料，传统机械加工中的钻削、铣削等加工过程中刀具磨损快、加工成本高;特种加工中的激光加工产生的热影响区容易造成加工表面的损伤;因树脂基复合材料中的环氧树脂等基体易吸收水分，采用水射流加工又容易产生纤维拔出、内部脱粘、分层等缺陷。因此，提出在树脂处于熔融态时进行冲裁，冲裁完成以后再进行固化，旨在减少因固化后加工而产生的刀具磨损严重以及复合材料脱粘、分层等问题。 本文基于“成型-冲裁-固化”一体化制造工艺，将树脂膜熔渗成型(Resin FilmInfusion，简称RFI)与冲裁工艺相结合，利用自主开发的冲裁模具完成一系列冲裁实验，对CFRP材料垂直裁切断裂行为进行研究，揭示碳纤维织物层数、树脂膜层数、温度、冲裁间隙、冲裁速度、冲头角度6个工艺参数对多态CFRP断裂行为的影响，并解释相应的影响机制和断裂机理，这对合理选用设备和裁切工艺方案具有重要意义。 根据实验得出的数据，采用数学拟合和偏最小二乘回归方法建立包含温度、冲裁间隙、冲裁速度及冲头角度4个变量的CFRP垂直裁切断裂模型，以揭示温度、冲裁间隙、冲裁速度及冲头角度与冲裁力之间存在的联系。然后，将断裂模型得出的预测结果与实验结果进行对比，以验证断裂模型的有效性，结果表明:实验过程中，碳纤维复合材料的非连续断裂是造成模型误差的主要原因之一，断裂模型得到的预测结果与实验结果相符程度较好。最后，再基于断裂模型建立CFRP垂直裁切断裂过程的剪切应力应变模型。 |
| 作者： | 孙民航 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 郭玉琴 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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