纤维方向对CFRP钻削温度场分布和孔壁质量的影响

为研究CFRP不同纤维方向对其钻孔温度场分布和孔壁质量的影响,对不同纤维方向角处切削形式进行理论分析和ABAQUS仿真分析,并结合CFRP单向板、正交板和准各向同性板的钻削温度分布测试试验与钻削温度场仿真分析。结果表明,碳纤维方向对钻削温度场的分布规律影响很大;通过电子显微镜和共聚焦显微镜对不同纤维方向角处孔壁质量观测对比,发现纤维方向角在θ=0°、θ=45°和θ=90°处孔壁质量较好,在θ=135°处孔壁质量较差。     

CFRP在钻削加工中的声发射特性

文摘根据CFRP钻削过程中缺陷的产生机理,用声发射传感器采集钻削过程中的声发射信号有效值电压(RMS)。分析了在不同钻削参数下的RMS,对孔的入口处撕裂与出口处撕裂对应的RMS进行识别。结果表明:在钻削过程中,入口处和出口处撕裂会引起RMS的突变,能够有效的进行识别;主轴转速一定时,RMS随着进给量的增大而增大;进给量一定时,RMS随着主轴转速的增大而增大。     

CFRP/TC4叠层结构钻削仿真与实验研究

为探究CFRP/TC4叠层结构不同叠层顺序下的材料去除过程、两相材料及界面损伤形成机理,建立CFRP/TC4叠层结构钻削的有限元模型,并通过实验获得的轴向力、缺陷类型验证了模型的正确性。研究结果表明,当钻削顺序为CFRP→TC4时,CFRP入口处产生以撕裂型为主的入口分层,CFRP出口处未产生明显的推出分层,但在钻头的持续旋转作用下形成界面分层;当钻削顺序为TC4→CFRP时,当钛合金待切削层厚度较低时,轴向推力超过CFRP层间界面结合强度时产生界面相失效,TC4→CFRP的界面损伤比CFRP→TC4更加严重;TC4→CFRP主要形成以张开型、滑开型裂纹扩展为主的推出分层。     

CFRP钻削过程的切削热研究进展

以CFRP钻削加工过程的切削热和切削温度为研究对象,从其形成机理、产生的影响以及影响切削热的因素和控制切削热的方法四个方面进行了系统综述,对存在的问题进行了综合分析,并对今后研究方向进行了展望。     

CFRP钻削制孔分层的形态研究

针对单向碳纤维增强复合材料(UD-CFRP)钻削制孔分层的各向异性行为,以UD-CFRP板的孔出口表层分层缺陷为研究对象,研究制孔分层的形状和大小。结果表明:UD-CFRP板的分层形状呈近椭圆形;随着主轴转速的增大,分层尺寸呈减小趋势,以主刚度方向最为明显,但减小幅度最大仅为0.14 mm;随着进给速度的增大,在主刚度方向极易产生整束纤维的撕裂,尺寸呈增大趋势,以主刚度方向最为明显,增大幅度达0.81 mm,以及由于主刚度方向整束纤维的撕裂,分层形状在主刚度方向出现突变。     

CFRP管钻孔加工中管径对钻削轴向力与损伤特性的影响

CFRP管制造的传动轴具有优越的性能,被广泛应用于无人机和新能源汽车等高新技术领域。CFRP管中,非轴向分布纤维的屈曲程度决定其初始弯曲应力,并对其钻削过程中的轴向力和加工损伤产生影响。建立了CFRP管的钻削有限元仿真模型,并进一步结合仿真和试验,研究了管径大小对CFRP管钻削轴向力和损伤的影响。结果表明,本文所建立的CFRP管钻削有限元模型具有较高的可靠性;CFRP管的钻削出、入口易在螺旋槽的剥离力和钻头轴向力的作用下产生严重的推出分层和剥离分层,最大钻削轴向力随管径的增大而呈现先减小后增大的“V”型变化趋势;钻削出口存在明显的毛刺和分层损伤,分层损伤因子随管径的增加变化幅度较小;钻削入口的材料剥离长度和钻削出口的材料最大挠度均随管径的增大而增大;最先与钻头接触的材料最大应力随管径增加呈先减小后增加的变化趋势,在管内径为12mm时应力达到最小。     

PTFE/CFRP/铝合金叠层材料钻削试验研究

对PTFE/CFRP/铝合金叠层材料进行了钻削试验研究。结果表明:最高钻削温度随主轴转速的增大而增大,但随进给量的增大反而下降;相同钻削参数下,从铝合金侧钻入能获得更低的钻削温度;采用较大的进给量有利于铝合金形成碎屑状切屑,避免带状切屑排出时划伤已加工CFRP表面;采用较低主轴转速和较大的进给量可获得更好的铝合金孔出口质量。     

高低频复合振动钻削CFRP/钛合金叠层结构试验

针对碳纤维增强复合材料（CFRP）和钛合金叠层结构在传统钻削过程中切削温度高、加工质量差等问题,基于低频振动钻削和高频（超声）振动钻削的优势,提出了高低频复合振动钻削的加工方法。采用自主研制的高低频复合振动钻削装置,对CFRP/钛合金叠层结构进行了制孔试验,对比研究了普通钻削、超声钻削、低频振动钻削和高低频复合振动钻削4种方式下的切削力、钛合金切屑形貌、切削温度和CFRP孔加工质量。结果表明：4种加工方式中,高低频复合振动钻削的轴向力波动相对较大,切削温度显著降低,产生的钛合金切屑呈不连续扇形且整体尺寸最小,CFRP孔出入口及孔壁的损伤程度最低,显著提高了加工质量,为复合材料叠层结构一体化制孔加工提供了指导意义。     

钛合金钻削的刀具断屑槽设计与钻削仿真

为满足钛合金类难加工材料工件钻削加工的精度,提高加工效率并降低生产成本,本文通过理论分析、数值模拟以及实验相结合的方法,针对钻削过程的断屑问题设计断屑槽结构,并开展断屑槽作用下的轴向力、断屑过程、应变状态以及不同加工参数下的切屑形态等方面的研究。结果表明,实验与仿真的最大轴向力误差在10%~20%,且断屑形貌吻合较好,从而证实了有限元模型的可靠性。切屑长度随进给量减小而减小;在不同加工参数下,含断屑槽的钻头轴向力均小于无槽时的;切屑与反屑面的接触使得切屑产生卷曲,卷曲程度及所受应力随刀具进给量增大而增大。     

CFRP/TC4叠层板的钻削实验

采用硬质合金麻花钻对碳纤维复合材料-钛合金叠层板进行钻削试验,分析了钛合金层加工参数对刀具磨损的影响和刀具磨损机制。刀具磨损对孔入口处最大撕裂长度的影响。结果表明:磨损的主要区域是横刃和后刀面,前刀面磨损不明显。钛合金层的低转速和低进给量可以降低刀具磨损;此外随着钻孔数的增加,钛合金层转速越低、进给量越大碳纤维复合材料孔入口处孔质量更好。     

航空制造工程中电弧焊正反面温度场研究

介绍了航空制造工程中焊接技术以及电弧焊技术的发展现状,并利用有限元数值模拟技术探讨了电弧焊正面温度场与背面温度场之间的的差异及其相关影响因素。     

航空发动机燃烧室过渡态温度场的数值研究

采用FLUENT软件对某型机燃烧室在慢车、最大、巡航、最大连续状态进行三维、两相、湍流燃烧的数值模拟,获得了速度场、温度场的数值。应用该型机不同加速过程的时间较充分研究了燃烧室过渡态温度场的特性及温升速率的变化特点。     

收敛喷管的引射效应对背负式短舱温度影响研究

针对背负式发动机舱的工作条件,建立三维空气流动与传热的物理和数学模型。根据舱内结构和气流的流动特点,通过多面体网格技术和网格自适应技术进行区域离散化,采用标准k-ωSST湍流模型,对4种工况下喷管引射和无引射状态进行数值仿真,分析了舱内各典型特征截面的温度场分布、冷却气流流动情况。结果表明,发动机地面以最大状态开车时,对发动机舱的引射作用影响显著,附件工作区域温度值相比较无引射状态时低40℃左右,计算结果对发动机舱通风冷却系统设计提供一定的科学依据。     

直升机附件舱流场和温度场的数值仿真研究

建立了某型直升机发动机附件舱内流动和传热的数学模型,利用 k-ε二方程紊流模型模拟舱内流动,应用非结构化网格与网格自适应技术进行区域离散化,采用有限容积法对附件舱内的空气流场和温度场进行了三维数值仿真和分析,为附件舱冷却系统的改进和优化设计提供了依据。结果表明,附件舱冷却系统可以满足舱内冷却要求。     

套室内气流的三维数值模拟

借助流场计算软件PHOENICS,对单元住宅室内的气流在夏季工况条件下进行三维模拟计算.考虑了外界气温和太阳辐射等因素对室内气流的影响,得到室内气流的速度矢量和温度等参数的分布.依据供暖、通风和空气调节在夏季工况下的标准,对室内的气流温度、气流速度做出评判.通过算例验证了数值模拟的可信性.     

歼击机座舱空气流动和传热的数值模拟与实验

根据歼击机座舱内空气流动和传热的特点,建立了座舱内壁面传热边界条件计算模型和空气分配系统供气边界条件计算模型,在此基础上建立了歼击机座舱流场和温度场数值仿真平台,并利用地面模拟实验验证了仿真平台的有效性。计算结果与实验结果的对比表明：该平台能较真实地反映座舱壁面传热的不均匀性,以及空气分配系统供气孔口流出气流流量和温度的不均匀性与非对称性;速度场和温度场计算结果与实验结果的误差分别约为15%和6%,这证明了该平台具有较高的模拟精度和工程应用价值。     

GOI法蓝宝石单晶生长温场优化设计与模拟分析

通过对温场的数值模拟计算,发现外加轴向、径向温度梯度能够提高界面稳定性,减小熔体热对流,有利提高晶体的生长质量.根据大尺寸蓝宝石晶体生长的温场要求,对常规的GOI法晶体生长炉进行了改造,并设计了独特的加热体形状和隔热屏结构,能够为晶体生长系统提供可控的轴向、径向温度梯度.通过试验比较也证明了改造温场后的单晶炉能够生长出性能较好的大尺寸蓝宝石晶体.     

湍流燃烧模型在燃烧室数值模拟中的对比分析

以某单头部矩形燃烧室为研究对象,采用多种湍流模型和燃烧模型进行组合计算,模拟燃烧室内部的速度场和温度场,并对计算结果进行对比分析。结果表明:湍流模型主要影响火焰筒内部主燃孔横截面上游的速度分布,Standard k-ε和Realizable k-ε模型的速度场计算结果差异相对较小;湍流动能预测受湍流模型的影响较大,并具有一定规律性;不同组合模型对燃烧室内部和出口温度分布的局部细节模拟差异较大,燃烧模型影响最大;PDF模型计算的温度值较合理,另外三种燃烧模型在单步完全反应燃烧机理下的计算值偏高,计算获得的OTDF也相差较大。     

前飞状态下直升机动力舱通风冷却性能仿真

针对某型直升机动力舱通风冷却系统,提出了一种简化的基于旋翼下洗流的动力舱通风冷却性能计算方法,利用商业CFD软件,计算了前飞状态下采用单进口和双进口共9种方案时动力舱流场和温度场分布,分析了不同进口数、进口大小和位置对动力舱通风冷却性能的影响,并与试飞试验结果进行了对比。结果表明,该方法能够准确预测直升机动力舱通风冷却系统性能,仿真研究结果可以为动力舱通风冷却系统的设计与优化提供科学依据。     

轴对称收扩喷管温度场数值仿真

为了提高轴对称喷管壁温仿真精度及获得影响壁温的主要因素,通过加力燃烧室和轴对称收扩喷管联合仿真,并将CFD数值模拟结果和试验状态喷管壁面温度进行对比分析,研究了边界条件对喷管壁温的影响。基于加力喷管联合仿真提取喷管入口参数的方法研究了收敛段隔热屏结构形式、收敛段冷却通道高度和冷却气流量对轴对称收扩喷管壁面温度的影响。结果表明：采用加力和喷管联合仿真计算时喷管调节片链温度与试验结果规律一致,差值较小约50 ℃;随隔热屏加长调节片温度降低,密封片温度升高;后端半圆形缺口的隔热屏使得扩张段温度呈V型分布,调节片温度升高,密封片温度降低;全环隔热屏对调节片和密封片均有较好的冷却效果;随冷却通道高度减小2 mm,调节片温度升高50 ℃,密封片温度降低;随冷却气流量增加1 kg/s喷管最高壁温降低200 ℃。