不等齿距端铣刀的减振机理

本文根据切削理论及端铣过程的几何关系，提出了单齿和多齿端铣刀的铣削力模型，对不等齿距端铣刀的实质进行了分析，论述了不等齿距端铣刀的减振机理     

侧铣加工动力学建模及仿真

本文以两自由度的铣削加工为研究对象,建立了闭环的动态力～振动切削动力学仿真模型;应用模型仿真切削力与振动并与实测数据进行比较;证实该模型仿真切削力与振动的准确性。该结果对预测铣削力与振动,选择合适的切削参数具有实际意义。     

基于细观仿真建模的CFRP细观破坏

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在细观上呈现纤维、树脂及界面组成的混合态,其切削加工过程的实质为刀具作用下材料细观层面的破坏至切屑宏观形成的演化过程。为了揭示CFRP切削加工过程中材料的细观破坏,建立了CFRP切削的细观有限元模型。该模型在几何上包含了纤维、基体及界面等组成相,而不是使用传统的等效均质建模方法。各组成相不仅考虑了各自不同的材料本构,而且为了能够模拟材料破坏,还将各组成相材料的失效及演化准则考虑其中。该模型可从细观层面更真实地模拟不同纤维角度CFRP单向板切削过程中纤维/基体断裂、界面开裂及演化的过程。仿真结果表明:不同纤维角度下CFRP细观破坏不同,切削0℃FRP时以界面开裂和纤维弯断为主;切削45°/90℃FRP时主要是刀具侵入工件,纤维基体被压断;切削135℃FRP时则以纤维弯曲断裂为主,断裂面往往在加工面以下。通过实验显微在线观测手段验证了模拟结果的正确性。      

虚拟五轴侧铣加工过程建模与仿真分析

提出一种面向五轴侧铣加工的球头刀几何与力学模型,利用该综合模型可对复杂曲面加工进行几何仿真与切削力预测,对加工过程进行速度规划．切削工件几何模型采用深度元素法,通过与刀具模型之间的布尔操作实现材料去除过程,通过分析刀具与工件接触区域,得到刀具在不同瞬时的轴向范围及沿轴向各微元的切入角和切出角,转换为铣削力模型所需的几何信息．采用序列二次规划法优化进给速度,使机床工作在多个约束条件的最大潜能值内．整个规划过程随刀具与工件接触区域的变化而不断优化,研究工作为五轴侧铣加工过程提供了有力的分析工具．双叶片五轴侧铣加工仿真实验表明,在满足叶片精度条件下,采用优化进给速度可使零件加工效率提高约40%．     

铣齿设备芯轴翻转装置的设计与仿真分析

7MW风机偏航系统齿轮主轴的铣齿设备需要定期维护和检修,对其中的关键件芯轴设计了一种专用工具——翻转装置。根据芯轴的接口尺寸设计的翻转装置的结构具有翻转角度大、运动灵活、易于操作等优点。对翻转装置进行仿真分析可知,整体变形不大,能实现正常的使用功能,结构整体的安全裕度较高。翻转装置能满足铣齿设备芯轴的维护和检修功能。     

静电纺丝运动轨迹的建模与仿真研究

静电纺丝作为一种简单而有效的方法,广泛应用于纳米纤维的制备.本文以静电纺丝过程中带电溶液为对象,将带电溶液模拟成多个离散化的带电粒子,对带电粒子进行受力分析,建立带电粒子的分子动力学模型.基于Runge-Kutta算法,对带电粒珠的运动轨迹进行了数值计算,并利用MATLAB软件进行了仿真.改变静电纺丝工艺参数,得到了带电粒珠的不同运动轨迹的仿真图像.在相同的工艺条件下进行了纺丝实验,实验所制备的纳米纤维轨迹与仿真图像相一致.分析结果表明,静电纺丝过程中,改变工艺参数可以实现纳米纤维的运动轨迹的可控.     

多自由度刨煤机动力学模型的建立与仿真

在单自由度刨煤机动力学模型的基础上,根据刨煤机的实际运行工况,建立了刨煤机多自由度非线性动力学模型,其中考虑了随机的煤壁作用力、刨链预紧力、链轮多边形效应因素的影响。并采用MATLAB/Simulink进行数值求解和仿真,得到了在各因素影响下刨头速度和刨链张力的变化状态。结果表明随机煤壁作用力和刨链预紧力对刨头速度和刨链张力变化的影响较大,链轮多边形效应影响较小,并且随机的煤壁作用力弱化了链轮多边形效应的影响。对多自由度和单自由度刨煤机动力学模型进行了比较分析,得出各种因素的影响规律是一致的,多自由度动力学模型更符合实际工况。为分析刨煤机动力学问题以及提高刨链可靠性提供理论基础。     

进给速度对不同纤维方向CFRP铣削表面形貌的影响

采用金刚石涂层硬质合金铣刀对0°、45°、90°、135°4种纤维方向的碳纤维增强复合材料(CFRP)进行了顺铣加工试验。通过对铣削力和加工表面形貌的对比,分析了纤维方向和每转进给量对加工表面质量的影响。结果表明:主切削力随着每转进给量的增大而增大,0°方向纤维受到的主切削力最大,90°方向纤维受到的主切削力最小;0°方向纤维表面破碎树脂与纤维的残留随着每转进给量的增大而增多,135°方向纤维表面树脂粘附逐渐减小;90°方向纤维表面会有大小不同的微坑,同时在样件上、下表面易产生分层缺陷,45°方向纤维表面多呈现沟槽或波浪形形貌。     

Machinability characteristics evolution of CFRP in a continuum of fiber orientation angles

Circular orthogonal milling tests on unidirectional carbon fiber reinforced polymer (UD-CFRP) laminate disks were conducted to investigate the machinability characteristics evolution in a continuum of fiber orientation angles (β). Experimental results show that surface cavities are the main machined surface damages, which elevate the surface roughness Ra. The surface cavities systematically appear between angles β?=?25° and β?=?75° for down-milling and β?=?20° and β?=?50° for up-milling and their occurrence may not be influenced by the cutting velocity and the feed rate. In the surface cavity region, low-level cutting forces are generated, which is highly correlated with the occurrence of fiber–matrix debonding for both down-milling and up-milling. SEM micrographs show that the formation of the surface cavities is mainly caused by the occurrence and propagation of fiber–matrix debonding, followed by bending-induced fiber fractures and compression-induced fiber fractures. Based on those observations, a novel milling strategy taking the fiber orientation angle into consideration is proposed to avoid the surface cavities; this unique approach provides a new way to milling typical aerospace CFRP laminates with high machined surface quality.     

碳纤维束铆钉锚固下CFRP布加固梁的力学性能

粘贴碳纤维布(CFRP)加固梁时,通常需对其进行锚固,避免发生因CFRP布过早剥离而无法充分利用其抗拉强度。但当梁施工空间较小,梁侧面形状不规则时,CFRP布锚固较困难,采用新型碳纤维束铆钉锚固的方式能够很好地解决这一弊端。本文通过对四组不同锚固方式下的CFRP布加固梁进行四点受弯承载力试验,对比分析加载过程中各梁的力学性能和破坏规律,研究表明碳纤维束铆钉锚固下CFRP布加固梁强度和刚度都有显著增强。进一步对碳纤维束铆钉锚固方法优化,得到最佳碳纤维束铆钉锚固深度约为80mm,最佳锚固间距约为200mm。     

A comparison between wet and cryogenic drilling of CFRP/Ti stacks

This paper compares conventional and cryogenic cooling in the deep hole drilling of carbon fiber reinforced polymer (CFRP)/Ti stacks. Various parameters are taken into account to find if the use of cryogenic coolant is justified by the improvement of the final results. Both the thrust and the torque were acquired continuously during the machining operations and compared both in average and distribution. The use of a cryogenic coolant brings a reduction in thrust force and torque without any sensible drawback. Overall the results prove that cryogenic drilling is a suitable technology for CFRP/Ti stack drill.     

Aerodynamic forces on two stationary and oscillating square prisms in tandem and side by side arrangements

Abstract

In order to gain further understanding of aerodynamic forces and their effects on groups of high‐rise buildings, this study used wind‐tunnel experiments. Two square prisms were arranged both in tandem and side‐by‐side arrangement with different spacings in between. Similar experiments were carried out to study the interactions of aerodynamics between the two prisms when both were stationary, when only one prism oscillated, and finally, when both prisms oscillated.

The results showed that the aerodynamic responses were either enhanced or suppressed by the spacing ratios, the oscillating frequencies, and the mutual influences of the two square prisms in various arrangements. The aerodynamics also changed due to the occurrences of different flow patterns, such as channel flow, deflected flow, pulsating flow, and so on. Obviously, the aerodynamics of the flow patterns of the two square prisms in tandem and side‐by‐side arrangements proved to be more complex than those of a single square prism.     

考虑轴向力及附加质量的谐振音叉建模及仿真

为解决考虑轴向力及附件质量的谐振音叉理论计算问题,在对没有考虑附加质量及轴向力的音叉理论模型进行分析的基础上,采用瑞利法和能量守恒定律,分别对考虑轴向力,考虑附加质量及同时考虑轴向力及附加质量3种情况下谐振音叉的理论模型进行了推导。在此基础上,采用有限元仿真的方法,对上述几种情况的理论模型的正确性进行了验证,多个仿真结果表明,理论计算结果与仿真结果之间的相对误差小于1%,说明了理论模型的正确性。     

硫酸盐环境中CFRP约束劣化混凝土柱的力学性能

为研究碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固经硫酸盐腐蚀劣化后混凝土柱的力学性能,构建CFRP约束劣化混凝土的力学模型,采用CFRP约束普通混凝土后腐蚀和CFRP约束劣化混凝土两种工况进行试验,在试验研究基础上,引入损伤率及强度保持率作为损伤的量化指标,建立两者之间的关系;通过对CFRP约束混凝土强度及应变规律的回归分析,建立适用于硫酸盐环境下CFRP约束劣化混凝土的极限强度、应变模型及应力-应变关系模型。结果表明:随侵蚀时间增长,两种工况下CFRP约束混凝土极限强度和应变的变化规律及劣化速度均不同。预劣化的混凝土柱虽然进行了表面处理,但内部已经存在损伤,在侵蚀环境中采用CFRP加固混凝土柱时,应该考虑混凝土初始损伤的影响。      

多点成形中压痕的数值模拟及极限成形力的分析

压痕是多点成形中特有的成形缺陷之一,对压痕形成过程进行模拟时,采用实体单元比壳单元计算更准确.但是板料较薄时,采用实体单元划分的有限元很多,计算时间极长.为获得最佳的计算效率及模拟结果,对不同材料和不同厚度的球面和马鞍面样件进行了对比的数值模拟.结果表明,当板厚与板宽的比值小于0.015时,采用壳单元模拟压痕也能得到比较准确的结果,而当比值大于0.015时,则应采用实体单元.在此基础上,对不同板厚、不同曲率半径下的马鞍面和球面件出现压痕时的极限成形力进行分析,得到了厚向压应变为1%和5%的压痕对应的成形力极限图.