复合材料三维端面铣削过程的有限元仿真

文献综述

1.1研究目的与意义

材料是社会发展的物质基础和先导，而新材料则是社会进步的重要里程碑。新材料技术是支撑当今人类文明的现代工业关键技术，其中复合材料已经发展成为与金属材料、无极非金属材料、高分子材料并列的四大材料体系之一。

复合材料是由至少两种不同性质的材料组成的一种具备优良性能的新型材料。复合材料根据基体材料类型可分为树脂基、金属基以及陶瓷基三类。由于树脂基密度低、易成型、与增强体相容性好等优点，因而树脂基复合材料迅速发展并广泛应用于多个领域。目前，以高性能环氧树脂、酚醛树脂、乙烯树脂等为基体的复合材料加工工艺已日益成熟。纤维增强的复合材料，在内部出现裂纹时，纤维可以起到桥联作用，因此对疲劳裂纹不敏感。

复合材料优良性能主要体现在比强度和比刚度高、耐腐蚀、耐摩擦以及密度低等方面，因而广泛应用于大型航空航天、建筑、风力发电叶片、航海等重要工程领域。与常规的金属材料相比，复合材料具有诸多优良的力学性能。例如：（1）比模量高，特别是高模量碳纤维复合材料的比模量与传统的金属材料相比高。（2）制造工艺简单，低成本。（3）复合材料具有可设计性。复合材料的性能除了取决于本身的性能外，纤维的铺设方式以及含量也对复合材料的性能有一定程度的影响。因而可以合理匹配复合材料内的纤维含量并且合理铺设，以相对经济的方式满足设计要求，最有效地发挥材料的作用。值得一提的是，热稳定性好、耐高温、抗疲劳性、抗冲击性和减振阻尼性等特性也都是复合材料的优良性能。很多本课题基于有限元仿真方法对复合材料端面铣削过程的分析，从而得到复合材料在铣削过程的切削力曲线、切屑的行成及形态、温度场分布等仿真结果，并对典型复合材料切削过程中的不同物理现象做理论分析。通过借助网络搜索一些内容相关的中外期刊、论文，了解到一些值得学习和思考的分析方法和角度。

1.2国内外现状

关于复合材料的研发热点，来自哈尔滨工业大学的杜善义表示，在研发复合材料这一问题上，其表示原材料技术是复合材料研发的基础与前提，低成本技术是复合材料拓展应用的根本手段与途径。此外，谈及复合材料及结构的设计理论与方法时，杜善义表示需要解决设计理念，设计理论以及数据积累这三个问题^[1]。

关于复合材料的优良性能以及在飞机上的应用，北京民用飞机技术研究中心的马立敏，张嘉振，岳广全，刘建光和薛佳指出，复合材料具有比强度和比刚度高，力学性能可设计等优点，是大型民用飞机理想的结构材料，可以实现飞机结构减重20%~30%。复合材料优异的抗疲劳性能和耐腐蚀性能可提高飞机结构的使用寿命、降低飞机的维护费用，而且可以增加空气湿度，提高舒适度。目前采用复合材料取代金属和非金属等常规材料制造结构件已经成为世界民用制造业的主流趋势^[2]。