高体积分数SiCp/Al复合材料高效精密切削基础研究

航空航天产品在追求极致轻量化的同时，产品的性能要求不断提升。因此，高体积分数SiCp/Al复合材料等新型复合材料得到大量应用，并且加工精度要求不断提高。但是，高体积分数SiCp/Al复合材料包含性能迥异的多组元相，材料变形呈现强非连续性特征，刀具磨损剧烈，给高效精密加工带来极大挑战。为此，本书针对高体积分数SiCp/Al复合材料的高效精密加工开展研究。首先，在跟踪SiCp/Al复合材料的动态力学行为及切削加工特性国内外研究进展的基础上（第1章），针对SiCp/Al复合材料高效精密切削加工，开展面向高速切削的唯象本构及分级多尺度力学行为的建模方法研究（第2~4章）；建立高速铣削和小孔钻削工艺的切削力数学模型，揭示加工表面形成机理，包括亚表面损伤机理、颗粒去除方式以及钻削出入口棱边缺陷形成机理；并开展刀材适配性研究（第5章），揭示金刚石刀具切削SiCp/Al复合材料的主要磨损机制（第6章）；最后开展SiCp/Al复合材料纳米切削试验和仿真研究，揭示加工表面形成机理、脆塑性转变以及单晶金刚石刀具的磨损机理（第7章）。本书可作为机械工程专业高年级本科生、研究生、科研人员和工程技术人员的参考资料。

项俊锋，西北工业大学副教授，硕士生导师，2018年于北京理工大学机械工程专业获得工学博士学位。长期从事难加工材料的高效精密加工、高承载结构件的抗疲劳制造和多学科仿真集成与优化设计。主持国家自然科学基金青年基金项目及多项省部级纵向科研项目，参研173项目课题、国家安全重大基础研究、国家科技重大专项、装备预先研究等国家级科研项目。以第一/通信作者发表SCI论文15篇、授权国家发明专利21项、软件著作权23项。获得山东省机械工业科学技术奖一等奖、北京理工大学优秀博士学位论文和重庆市优秀硕士学位论文。担任北京理工大学兼职研究生导师、中国航空学会会员、中国机械工程学会会员和中国仿真学会会员。

第1章 绪论 1.1 研究背景与意义 1.2 国内外研究现状及发展趋势 1.2.1 材料动态力学特性研究方法及其进展 1.2.2 SiCp/Al复合材料动态力学行为的研究进展 1.2.3 SiCp/Al复合材料的切削加工特性研究现状 1.3 本书体系结构 第2章 SiCp/Al复合材料动态力学行为研究 2.1 SiCp/Al复合材料力学性能试验研究 2.1.1 SiCp/Al复合材料力学性能测试方法 2.1.2 准静态力学试验 2.1.3 动态压缩力学试验 2.1.4 SiCp/Al复合材料力学性能分析 2.2 本构模型材料参数的多目标确定方法 2.2.1 传统本构模型材料参数确定的不足 2.2.2 准静态和动态加载多目标优化方法 2.2.3 与传统ad hoc材料参数确定方法对比 2.3 小孔钻削模拟与试验验证 2.3.1 切削损伤失效模型 2.3.2 基于切屑分离裂纹扩展的钻削仿真建模 2.3.3 钻削试验设置 2.3.4 轴向力和扭矩对比 2.3.5 切屑形态对比 2.3 本章小节 第3章 面向高速切削的SiCp/Al复合材料本构建模 3.1 基于相关性集成的唯象本构建模方法 3.1.1 现有唯象本构建模中的问题 3.1.2 唯象本构模型基本形式 3.1.3 一种基于相关性集成的唯象本构建模方法 3.2 SiCp/Al复合材料本构建模 3.2.1 SiCp/Al复合材料微观组织 3.2.2 动态力学试验 3.2.3 动态力学性能分析 3.2.4 SiCp/Al复合材料的切削本构建模 3.3 SiCp/Al复合材料高速车削仿真及试验验证 3.3.1 高速车削建模 3.3.2 正交车削试验设置 3.3.3 模拟结果分析与试验验证 3.4 本章小节 第4章 SiCp/Al复合材料多尺度力学行为研究 4.1 基于真实微观结构的多尺度建模方法 4.2 基于像素理论的颗粒增强复合材料细观模型 4.2.1 基于微观结构图像像素-有限元网格映射的建模方法 4.2.2 SiCp/Al复合材料细观模型建立 4.3 塑性变形中的尺寸效应 4.3.1 SiCp/Al复合材料中的尺寸效应 4.3.2 热错配诱导几何必须位错的强化 4.3.3 模量错配诱导几何必须位错的强化 4.4 SiC与Al界面内聚力模型 4.4.1 SiC-Al界面势函数选择