颗粒增强金属基复合材料铣削力建模、加工仿真及实验研究

复合材料具有各向异性的特点，剪切角、切削力、表面粗糙度都随材料加工方向不同有明显的变化，以往针对均质材料的铣削力模型和切削仿真分析就不再适用于复合材料加工研究，因此，本项目以金属基复合材料铣削过程中物理量的准确预测为研究目标，针对颗粒增强金属基复合材料的铣削过程开展理论建模、数值仿真以及实验验证的一体化研究。通过引入复合材料本构关系，构建出带颗粒增强复合材料的铣削力数学模型；应用有限元单元属性各向异性赋值方法，实现金属基复合材料的切削仿真；采用激光覆熔造型技术，试制出以钛合金与铝合金为基体的两种复合材料样件；并对样件分别开展材料性能测试、铣削力测试及切削性能测试实验；完成铣削力和有限元模型的验证和修正，从而解决金属基复合材料内在物性参数对切削过程物理量影响及变化规律的关键科学问题，探索金属基复合材料加工过程的内在机理，为复合材料加工过程优化与研究提供理论依据和数据支持。

由于金属基复合材料具有各向异性的特点，剪切角、切削力、表面粗糙度都随材料加工方向不同而有明显的变化，以往针对均质材料的铣削力模型和切削仿真分析已再适用于复合材料加工研究，因此本课题以金属基复合材料铣削过程中物理量的准确预测为研究目标，针对颗粒增强金属基复合材料的铣削过程开展理论建模、数值仿真以及实验验证的一体化研究。通过引入复合材料本构关系，构建出带颗粒增强复合材料的铣削力数学模型；应用有限元单元属性各向异性赋值方法，实现金属基复合材料的切削仿真；对样件分别开展材料性能测试、铣削力测试及切削性能测试实验；完成铣削力和有限元模型的验证和修正，从而解决金属基复合材料内在物性参数对切削过程物理量影响及变化规律的关键科学问题，探索出了金属基复合材料加工过程的内在机理，为复合材料加工过程优化与研究提供理论依据和数据支持。研究的主要内容与成果如下：.（1）建立颗粒增强金属基复合材料的细观力学、本构模型、随机分布的几何模型以及复合材料切削仿真模型.（2）金属复合材料的切削过程仿真与材料与切削参数优化研究.（3）新型实验设备的研制，包括复合材料加工变形的检测、热振复合应力设备的开发等.（4）两种金属基SIC/Al、Si/Al两种复合材料的切削力、应力检测、表面粗糙度检测、表面微观形貌等系列实验研究。.在课题的研究过程中，同时开发出了具有自主知识产权的新型设备和新方法，课题组发表与该课题相关论文15篇，其中SCI论文6篇（含1篇录用），EI论文9篇，共申请国家发明专利项目11项，组织承办国际会议1次，参加国际会议12人次，课题研究取得成果也超出项目课题计划的要求。