[發(fā)明專利]基于鉆削力控制的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板無分層鉆孔方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210399254.6
• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號(hào): CN102896660A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安慶龍;徐錦泱;蔡曉江;魏瑩瑩;陳明
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B26F1/16
• 分類號(hào): B26F1/16
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 祖志翔

1.一種基于鉆削力控制的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板無分層鉆孔方法，其特征在于，在鉆頭鉆削所述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板的過程中，控制所述鉆頭的鉆削軸向力始終小于鉆孔分層臨界推力值F_a。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鉆削力控制的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板無分層鉆孔方法，其特征在于，所述的鉆孔分層臨界推力值F_a由下述步驟確定：

第一步，建立所述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板的分層穩(wěn)定狀態(tài)方程：

F_a·dX-ΔU-G_IC·dA＝0

其中，W是鉆削軸向力沿層合板撓度方向所做功，

ΔU是彎曲勢能，

F_a是鉆孔分層臨界推力值，

dX是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板沿鉆頭位移方向上最大撓度的微分位移，

G_IC是由軸向力引起的I型裂紋上每單位面積上的臨界裂紋傳播能，

dA為表面能面積的微分面積，該表面能面積是指分層區(qū)域最大面積；

第二步，將碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板簡化為一薄板部件，并通過建立小撓度薄板的極坐標(biāo)方程和鉆頭鉆削時(shí)的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板撓度公式，求出碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板的最大撓度值X；

所述的小撓度薄板的極坐標(biāo)方程為：

(∂2∂r2+1r∂∂r+1r2∂2∂θ2)(∂2w∂r2+1r∂w∂r+1r2∂2w∂θ2)=qD]]>

其中，D=Eh312(1-μ2)]]>

D是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板的抗彎剛度，

w是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板在鉆削方向的撓度，

q是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板中面單位面積上所作用的載荷；

所述的層合板撓度公式為：

w=∫1r∫r∫1r∫qrDdr4+14Ar2(lnr-1)+14Br2+Clnr+E]]>

其中，w是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板在鉆削方向的撓度，

q是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板中面單位面積上所作用的載荷，

A、B、C和E為待定常數(shù)；

所述的最大撓度值為：

X=limmaxw]]>

其中，X是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板在鉆削方向的最大撓度值；

第三步，建立鉆削時(shí)所述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板的彎曲變形能公式，并根據(jù)第二步中所求得的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板在鉆削方向的最大撓度值X，求出鉆頭鉆削時(shí)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板的彎曲變形能U；

所述的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板彎曲變形能公式為：

U=D2∫∫D1(d2Xdr2+1rdXdr)2dxdy]]>

其中，U是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板的彎曲變形能，

D是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板的抗彎剛度，

D₁是積分面積，

X是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板在鉆削方向的最大撓度值；

第四步，根據(jù)第二步中所求得的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板的最大撓度X、第三步中所求得的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板的彎曲變形能U和第一步中建立的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板的分層穩(wěn)定狀態(tài)方程，確定鉆孔分層臨界推力值F_a。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鉆削力控制的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板無分層鉆孔方法，其特征在于，所述的控制所述鉆頭的鉆削軸向力始終小于鉆孔分層臨界推力值F_a是通過調(diào)整該鉆頭的鉆削參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。