[发明专利]碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料磨削力模型的建立方法

摘要

本发明提供一种碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料磨削力模型的建立方法，涉及碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料磨削加工技术领域。该方法简化Cf/SiC复合材料磨削过程并求解相关参数，然后建立磨粒作用于纤维未断裂前的力学模型，计算单颗磨粒作用于单根未断裂纤维的切向磨削分力和反应纤维与磨粒之间的相对运动所产生的摩擦力的法向磨削分力；最后建立磨粒作用于单根纤维已断裂区域的力学模型，计算由摩擦引起的法向和切向磨削分力，进而得到在磨削加工Cf/SiC复合材料的总体切向磨削力及法向磨削力。本发明方法通过分析纤维断裂前后磨削力的来源，并建立了Cf/SiC复合材料磨削加工的磨削力与相关参数之间的定量关系，为实际工艺参数的设定提供理论依据。

主权项

1.一种碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料磨削力模型的建立方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、简化C_f/SiC复合材料磨削过程并求解相关参数；在C_f/SiC复合材料磨削力模型建立过程中做出如下假设：砂轮修整及时，不存在钝化现象；磨粒在砂轮粘合剂中均匀分布；纤维与基体为无缝隙的同心圆柱，并作为本磨削力模型构建的基本单元，并假定为等效均质体；所述C_f/SiC复合材料磨削过程，加工方式为金刚石砂轮磨削，需要求解的相关参数包括砂轮磨削区域磨刃密度C、磨粒开始接触单根纤维至完全脱离纤维所经历的时间t_l、单颗磨粒实际经历的弧长l_m、磨削过程所对应的弧长中实际参与的磨粒个数N_n1及纤维断裂前的切向磨削力F_t1；步骤2、建立磨粒作用于纤维未断裂区域的力学模型；首先建立基体环绕约束的单纤维切断模型，描述受基体约束的纤维变形特点；依据模型沿纤维方向上的纤维受力和承受的基体约束作用不同，沿纤维长度方向按边界条件不同，将纤维分为两段；然后根据边界条件计算两段纤维的挠度，进而得到单颗磨粒作用于单根未断裂纤维的切向磨削分力F_x1；最后再根据库伦摩擦定律，计算反应纤维与磨粒之间的相对运动所产生的摩擦力的法向切削分力F_n1；步骤3、建立磨粒作用于单根纤维已断裂区域的力学模型；首先对随机分布在砂轮表面的磨粒突出高度进行考察，计算砂轮接触面上动态有效磨刃数N_d；然后计算平面磨削加工过程中磨粒顶端摩擦造成的法向磨削分力F_n2及切向磨削分力F_t2；最终得到在磨削加工Cf/SiC复合材料时的总体切向磨削力F_t及法向磨削力F_n。