复合材料钻削跨尺度数值模拟技术及其应用

本书采用“弹性性能表征→损伤本构建模→数值模拟→实验验证→工程应用”的研究思路，对CFRP在钻削工况下的跨尺度数值模拟技术展开了研究。全书以CFRP结构组成形式、纤维与基体的材料特性为出发点，结合跨尺度数值模拟方法、智能算法，从CFRP的弹性性能表征、动态渐进损伤本构建模、钻削数值模拟分析与评价和跨尺度钻削模型的应用等方面开展了深入研究。本书是近年来南京航空航天大学民用飞机优选装配技术中心与江苏科技大学船舶与海工装备智能制造研究所在复合材料钻削跨尺度数值模拟技术及其应用方面合作研究所取得的成果。

第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究意义
1.3 CFRP钻削跨尺度数值模拟研究现状
1.3.1 CFRP弹性性能表征
1.3.2 CFRP钻削数值模拟研究
1.3.3 CFRP跨尺度数值模拟研究
1.3.4 CFRP钻削轴向力预测
1.3.5 CFRP超声振动辅助钻削工艺
1.4 本章小结
第2章 考虑纤维随机分布的CFRP弹性性能表征
2.1 引言
2.2 基于跨尺度建模的UD-CFRP弹性性能表征
2.2.1 纤维随机分布的UD-RVE结构建模
2.2.2 周期性边界条件的建立与UD-RVE模型的加载
2.2.3 基于纤维随机分布的渐进均质化理论模型
2.2.4 UD-RVE模型网格尺寸优化分析及UD-CFRP弹性性能表征
2.3 MD-CFRP弹性性能表征
2.3.1 MD-RVE结构化建模与表征分析
2.3.2 MD-RVE简化建模与表征分析
2.3.3 不同铺层角度的MD-CFRP宏观弹性性能一体化表征
2.3.4 不同铺层顺序的MD-CFRP宏观弹性性能一体化表征
2.4 CFRP弹性性能测试实验
2.4.1 实验设置与测试分析
2.4.2 测试结果与讨论
2.5 本章小结
第3章 基于微观力学失效理论的CFRP 动态渐进损伤演化模型
3.1 引言
3.2 基于CFRP微观力学失效理论的跨尺度数值模拟方法
3.2.1 UD-CFRP微观应力的计算
3.2.2 基于结构化UD-RVE模型的SAFs获取
3.2.3 CFRP组分结构的微观力学损伤演化模型
3.2.4 CFRP动态跨尺度数值模拟的VUMAT子程序实现
3.3 基于混合失效法则的CFRP层间损伤模型
3.3.1 CEs本构模型
3.3.2 CEs损伤失效与演化模型
3.4 本章小结
第4章 基于跨尺度建模的CFRP钻削数值模拟与模型评价
4.1 引言
4.2 CFRP跨尺度钻削数值模拟分析
4.2.1 简化UD-RVE模型的跨尺度建模分析
4.2.2 基于动态渐进损伤模型的CFRP跨尺度钻削模拟分析
4.3 钻削实验平台与损伤观测系统搭建
4.4 仿真结果的验证与分析
4.4.1 轴向力与扭矩对比分析
4.4.2 孔壁表面形貌对比分析
4.4.3 预制孔出入口损伤对比分析
4.5 跨尺度钻削模型的评价
4.5.1 轴向力与扭矩预测的评价
4.5.2 预制孔出入口损伤的评价
4.5.3 仿真效率与精度的对比
4.6 本章小结
第5章 基于跨尺度模型-人工神经网络的轴向力快速预测
5.1 引言
5.2 跨尺度有限元模型网格尺寸优化
5.2.1 不同网格尺寸的CFRP跨尺度有限元建模
5.2.2 跨尺度钻削模型计算效率与模拟结果对比分析
5.3 跨尺度钻削模型参数样本的获取
5.3.1 基于伪随机算法的CFRP材料参数和工艺参数样本集获取
5.3.2 指令驱动有限元-跨尺度模型的轴向力样本集获取
5.3.3 基于BP-ANN模型的参数特征选择分析
5.4 基于多层BP-ANN模型的轴向力快速预测
5.4.1 多层结构BP-ANN建模
5.4.2 验证样本集的获取及轴向力的预测
5.5 轴向力验证实验
5.5.1 全因子实验方案设置
5.5.2 验证结果与讨论
5.6 本章小结
第6章 CFRP纵扭耦合超声振动辅助钻削工艺分析
6.1 CFRP纵扭耦合RUAD工艺损伤抑制机理
6.1.1 纵扭耦合RUAD工艺分析
6.1.2 纵扭耦合RUAD损伤抑制机理
6.2 CFRP纵扭耦合RUAD实验设置与跨尺度有限元建模
6.2.1 纵扭耦合RUAD系统
6.2.2 CFRP纵扭耦合RUAD实验测试系统
6.2.3 CFRP纵扭耦合RUAD跨尺度有限元建模
6.3 CFRP纵扭耦合RUAD实验结果与讨论
6.3.1 钻削力与扭矩对比分析
6.3.2 孔壁表面形貌对比分析
6.3.3 孔出入口损伤对比分析
6.4 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 总结
7.2 主要创新点
7.3 展望
参考文献