纵扭超声辅助铣削SiCp/Al复合材料表面质量研究 被引量：1

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作者 张明军 陈烁 +5 位作者 王鑫波 杨江涛 刘河龙 吕耀威 李德辉 于明博 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第5期96-107,共12页

高体积分数SiCp/Al复合材料具有高比强度、高比模数和良好的耐磨性等优异性能。然而,它们的高硬度和脆性会导致精密制造过程中应力分布更为复杂,这会使材料中产生过大的力和过多的热,从而影响加工精度和工件耐久极限寿命。目的通过分析... 高体积分数SiCp/Al复合材料具有高比强度、高比模数和良好的耐磨性等优异性能。然而,它们的高硬度和脆性会导致精密制造过程中应力分布更为复杂,这会使材料中产生过大的力和过多的热,从而影响加工精度和工件耐久极限寿命。目的通过分析切削过程中颗粒的去除机理和表面缺陷类型,利用纵扭超声辅助铣削(longitudinal-torsional ultrasonic assisted milling,LTUAM)技术,改善高体积分数SiCp/Al复合材料的加工表面质量。方法利用ABAQUS和PYTHON软件,建立考虑颗粒断裂过程的两相随机分布颗粒SiCp/Al复合材料模型,并采用Johnson-Cook模型和Brittle Cracking模型对SiCp/Al复合材料纵扭超声辅助铣削过程进行有限元模拟仿真。针对不同加工参数,进行SiCp/Al复合材料纵扭超声辅助铣削和常规铣削(conventional milling,CM)试验,评估有限元仿真模拟与试验结果的一致性。结果模拟结果表明,损伤和裂纹主要产生在SiC颗粒(SiCp)中上部的切削线上,凹坑缺陷主要产生在颗粒下部的切削线上。试验结果显示,表面缺陷的类型主要包括颗粒的损伤和拔出、颗粒的损伤和断裂形成凹坑、未损伤的颗粒形成凸起、破损颗粒与刀具在已加工表面上挤压摩擦形成犁沟、铝基体涂覆、表面微裂纹和表面空穴等,并且当加工速度120 m/min,超声振幅3μm时,最大裂纹深度最小,表面缺陷最小,表面质量最好。结论对比有限元仿真结果与试验结果发现,二者的表面质量变化趋势基本具有一致性。纵扭超声辅助铣削技术的应用对提高SiCp/Al复合材料的表面质量有较好效果。 展开更多

关键词 SICP/AL复合材料 有限元仿真 超声加工 表面质量 硬脆材料

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超声振动辅助研磨SiCp/Al材料去除特性的研究

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作者 于保军 袁旭 +1 位作者 谷岩 刘亚梅 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第9期141-145,149,共6页

SiCp/Al因具有高强度,低密度,高耐磨性等优点被应用在许多领域,如航空航天,汽车和电子领域等。但SiCp/Al是典型的难加工材料,在研磨过程中极易造成表面损伤,从而影响工件的表面精度和材料去除率。基于金属基复合材料的研磨去除机理,建... SiCp/Al因具有高强度,低密度,高耐磨性等优点被应用在许多领域,如航空航天,汽车和电子领域等。但SiCp/Al是典型的难加工材料,在研磨过程中极易造成表面损伤,从而影响工件的表面精度和材料去除率。基于金属基复合材料的研磨去除机理,建立有限元仿真模型。仿真模拟超声去除SiCp/Al的表面损伤形式、颗粒的破碎方式与材料去除过程。通过超声振动辅助研磨SiCp/Al实验可知,超声振动能够有效降低表面粗糙度。材料去除率随主轴转速和研磨深度的增加而增大,随进给速度的增加而减小。 展开更多

关键词 金属基复合材料 有限元仿真 超声振动研磨 材料去除率

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SiCp/Al复合材料在常规与超声振动辅助条件的切削过程和表面形成的有限元分析 被引量：2

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作者 马国红 张加力 +2 位作者 闫帆 施訸曦 刘莉 《制造技术与机床》 北大核心 2024年第4期51-56,共6页

SiCp/Al复合材料是一种典型的难加工的材料,由于其基体中颗粒增强导致常规切削中加工质量差、切削阻力高、加工损伤高,机械加工性差,常规切削已不能满足加工要求。通过切削仿真,对比分析常规与超声振动辅助切削条件下复合材料的切削过程... SiCp/Al复合材料是一种典型的难加工的材料,由于其基体中颗粒增强导致常规切削中加工质量差、切削阻力高、加工损伤高,机械加工性差,常规切削已不能满足加工要求。通过切削仿真,对比分析常规与超声振动辅助切削条件下复合材料的切削过程、SiC颗粒的损伤特性、工件的表面形貌与亚表面损伤。结果表明,相比于常规切削,超声振动辅助切削可以提高复合材料的表面完整性,减少复合材料的亚表面损伤,并且能够提高工件的表面质量。 展开更多

关键词 SICP/AL复合材料 有限元模拟 超声振动辅助切削 切削机理 表面质量

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多层结构复合材料的超声检测系统设计 被引量：9

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作者 董明利 祝连庆 +1 位作者 穆婕 汤爱芳 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第z1期179-181,共3页

分析了超声波在多层结构复合材料中的传播特性,设计了测量多层复合材料厚度及各种缺陷的超声检测系统超声发射系统。该系统由超声波发射系统、接收系统及计算机控制处理系统组成。针对多层结构复合材料层厚及内部缺陷分别进行了计算机... 分析了超声波在多层结构复合材料中的传播特性,设计了测量多层复合材料厚度及各种缺陷的超声检测系统超声发射系统。该系统由超声波发射系统、接收系统及计算机控制处理系统组成。针对多层结构复合材料层厚及内部缺陷分别进行了计算机仿真和实测实验,并对实验结果进行了比对。结果表明,该检测系统性能达到了设计要求。 展开更多

关键词 复合材料 超声检测 计算机仿真

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编织碳纤维复合材料雷击损伤特性研究 被引量：1

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作者 黄来 李毅超 +4 位作者 车红卫 周挺 龚政雄 杨湘衡 吕江林 《玻璃钢／复合材料》 CAS CSCD 北大核心 2016年第10期65-69,共5页

采用实验方法研究了编织碳纤维/环氧树脂复合材料层合板在干燥环境下受到不同强度等级模拟雷电冲击后的电击破坏特性,并进行了系统分析与机理解释。研究显示,雷电冲击对复合材料造成了三种典型破坏形式,并随着电击强度的增加及铺层角度... 采用实验方法研究了编织碳纤维/环氧树脂复合材料层合板在干燥环境下受到不同强度等级模拟雷电冲击后的电击破坏特性,并进行了系统分析与机理解释。研究显示,雷电冲击对复合材料造成了三种典型破坏形式,并随着电击强度的增加及铺层角度的改变呈现出不同形态的变化。微观扫描分析发现,电击会对树脂与纤维界面造成严重破坏。 展开更多

关键词 编织复合材料 雷电冲击 破坏机理 超声扫描

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钢筋与水泥基材料粘结性能的超声波评估方法 被引量：2

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作者 杨镇 田玉滨 +2 位作者 陈省吾 万宗帅 周鹏 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期99-102,共4页

为考虑钢筋与一种水泥基材料(HCTM砂浆)之间粘结缺陷与力学性能的内在规律,利用超声波检测技术,考虑钢筋表面形式,粘结不良处初始缺陷程度等参数,建立了超声波参数与初始缺陷参数间的相关关系;通过静力拔出试验,分析了拔出力与锚固界面... 为考虑钢筋与一种水泥基材料(HCTM砂浆)之间粘结缺陷与力学性能的内在规律,利用超声波检测技术,考虑钢筋表面形式,粘结不良处初始缺陷程度等参数,建立了超声波参数与初始缺陷参数间的相关关系;通过静力拔出试验,分析了拔出力与锚固界面、钢筋表面等因素之间的关系;并利用三维有限元程序ANSYS进行了数值仿真,将分析结果与实验结果进行对比.结果表明,试验结果与理论分析结果有较强的一致性. 展开更多

关键词 钢筋 水泥基材料 粘结程度 超声波检测 拉拔试验 数值仿真

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多层包铁结构超声反射频谱数值仿真 被引量：4

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作者 陈祎婷 陆铭慧 +4 位作者 朱颖 黄嘉诚 安仕伟 程树云 刘洋 《压电与声光》 CAS 北大核心 2022年第6期998-1006,共9页

随着直升机技术的发展,急需对一种新型的直升机桨叶包铁结构做质量检测研究,该包铁结构外层为不锈钢,中层为橡胶、加热元件,内层为玻璃纤维。包铁结构需要分类识别的4类典型结构为上层脱粘缺陷、加热元件、下层脱粘缺陷、无缺陷无加热元... 随着直升机技术的发展,急需对一种新型的直升机桨叶包铁结构做质量检测研究,该包铁结构外层为不锈钢,中层为橡胶、加热元件,内层为玻璃纤维。包铁结构需要分类识别的4类典型结构为上层脱粘缺陷、加热元件、下层脱粘缺陷、无缺陷无加热元件,但这种包铁结构较常见多层结构层数多、层厚薄、需识别分类多,超声波在这种结构中会发生严重的混叠现象。因此研究了超声波在薄壁多层结构中的传播规律,建立了新的包铁结构的超声反射频谱模型,将测试的不锈钢、橡胶、玻纤的声速、声阻抗、频率-衰减系数曲线、2.25 MHz和5 MHz的探头频谱代入模型进行仿真,仿真结果表明,2.25 MHz探头可以识别出包铁的4种结构,5 MHz探头可以识别出除下层缺陷的另外3种结构,实际检测结果验证了新模型的仿真结果。 展开更多

关键词 超声反射谱 超声信号仿真 多层复合材料 桨叶包铁结构 超声检测

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一种超声切割装置的设计及碳纤维复合材料切割研究 被引量：1

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作者 李恒锋 何宇 +1 位作者 翁琳 王安斌 《电加工与模具》 2023年第5期59-64,共6页

碳纤维复合材料在轨道交通车辆制造领域具有广阔应用前景,但采用传统工艺加工时易产生毛刺、撕裂等缺陷,会影响车辆产品质量,故设计了一种超声切割装置,用于切割碳纤维复合材料,通过对换能器、变幅杆、刀具的结构设计以及材料选用,完成... 碳纤维复合材料在轨道交通车辆制造领域具有广阔应用前景,但采用传统工艺加工时易产生毛刺、撕裂等缺陷,会影响车辆产品质量,故设计了一种超声切割装置,用于切割碳纤维复合材料,通过对换能器、变幅杆、刀具的结构设计以及材料选用,完成超声切割装置的整体设计;通过ABAQUS软件对超声切割装置进行有限元分析,以验证装置设计的合理性;通过对碳纤维复合材料的切割过程的仿真,验证了超声切割装置的可行性。 展开更多

关键词 碳纤维复合材料 超声切割 机构设计 切割仿真

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不同自动铺丝工艺参数对T800级碳纤维/环氧复合材料孔隙率的影响研究 被引量：3

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作者 刘钧天 陈萍 +1 位作者 闫超 肖鹏 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第3期114-118,124,共6页

采用T800级碳纤维/环氧树脂单向带铺丝预浸料,使用自动铺丝工艺制备不同厚度的试验层板,探究固化压力、层板厚度及尺寸、自动铺丝压紧力等各项参数对孔隙率及孔隙分布的影响,采用超声C扫描表征复合材料层板孔隙率区间。研究表明,当固化... 采用T800级碳纤维/环氧树脂单向带铺丝预浸料,使用自动铺丝工艺制备不同厚度的试验层板,探究固化压力、层板厚度及尺寸、自动铺丝压紧力等各项参数对孔隙率及孔隙分布的影响,采用超声C扫描表征复合材料层板孔隙率区间。研究表明,当固化压力降至某临界点后,孔隙率呈现先快速增加又逐渐减慢增加的趋势;厚铺层的层板的孔隙率高于较薄铺层的层板,靠近中间及底部铺层位置的孔隙较多;尺寸较大的层板,高孔隙率的区域相对集中分布在靠近层板中间的位置,且孔隙率区间较大;固化压力较小时,采用小压紧力铺丝的层板会形成更高的孔隙率;对于大型复杂的复材结构件来说,不同的铺丝工艺参数对孔隙率的影响也具有上述趋势。 展开更多

关键词 复合材料 孔隙率 固化压力 自动铺丝 超声检测

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复合材料激光超声波传播特性及缺陷损伤检测 被引量：4

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作者 付兰凌 杨金水 +1 位作者 刘志达 罗浩 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期1454-1461,共8页

本文针对先进纤维增强复合材料结构特点及质量检测需求,基于弹性力学和热力耦合相关理论,采用有限元数值方法,在验证模型可靠性的基础上,采用完全热力耦合方法系统开展单层和多层碳纤复合材料板激光超声波传播特性及缺陷识别方法研究,... 本文针对先进纤维增强复合材料结构特点及质量检测需求,基于弹性力学和热力耦合相关理论,采用有限元数值方法,在验证模型可靠性的基础上,采用完全热力耦合方法系统开展单层和多层碳纤复合材料板激光超声波传播特性及缺陷识别方法研究,考察了面内缺陷的几何尺寸、层间缺陷的相对位置和深度等因素对激光超声波传播特性及损伤识别结果的影响。结果表明:当复合材料存在面内或层间缺陷时,应力波会在缺陷处发生反射和衍射,具体可表现为出现缺陷反射波信号或透射波信号强度减弱,在已知材料中超声波速情况下结合缺陷异常反射波可实现对相应缺陷的定位。 展开更多

关键词 复合材料 损伤检测 无损检测 激光超声 激光激励 热力耦合 数值仿真

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复合材料R区超声相控阵检测声场仿真试验研究

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作者 王松 王铮 席欢 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第22期60-68,共9页

采用常规超声检测方法进行树脂基复合材料R区结构内部缺陷检测,存在由于入射声束不能与被检测R区圆弧表面垂直而导致的检测灵敏度降低,难以实现R区整体弧度的全覆盖检测,以及不能对缺陷沿R区圆弧方向的尺寸进行评定等一系列问题。为解... 采用常规超声检测方法进行树脂基复合材料R区结构内部缺陷检测,存在由于入射声束不能与被检测R区圆弧表面垂直而导致的检测灵敏度降低,难以实现R区整体弧度的全覆盖检测,以及不能对缺陷沿R区圆弧方向的尺寸进行评定等一系列问题。为解决上述问题,采用超声相控阵方法对R区结构进行检测,研究了相控阵检测时R区不同方向截面的声场分布规律,分析了虚拟阵元晶片数目对检测声场的影响。通过研究发现,虚拟阵元晶片数目会影响声场分布,晶片数目越多,声场分布强弱差异越大,最大声场强度越强且位置越靠近表面,6 dB声束宽度越大;聚焦检测方式下的最大声场强度普遍高于非聚焦检测方式,6 dB声束宽度小于非聚焦声场;弧形阵列不同角度虚拟探头产生声场分布基本一致,中心组晶片的最大声场强度最大。经试验验证,采用超声相控阵方法,利用圆弧阵列探头,合理设置检测参数,可以有效检出R区不同角度、不同埋深、孔径约3 mm的平底孔人工缺陷。 展开更多

关键词 复合材料 R区 仿真 声场 超声相控阵 无损检测

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