基于短纤维增韧的复合材料制孔毛刺和分层抑制研究

机械工程学报 ›› 2015, Vol. 51 ›› Issue (21): 206-212.

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基于短纤维增韧的复合材料制孔毛刺和分层抑制研究

孙士勇¹, 闫子彬¹, 赵延广², 杨睿¹, 贾振元¹

1. 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连 116024；
2. 北京航空材料研究院北京 100095

收稿日期:2014-11-08 修回日期:2015-06-08 出版日期:2015-11-05 发布日期:2015-11-05
通讯作者: 杨睿，男，1974年出生，博士，副教授。主要研究方向为复合材料零件的制造、设计和结构优化。 E-mail：yangrui@dlut.edu.cn
作者简介:孙士勇，男，1981年出生，博士，讲师。主要研究方向为复合材料制造及其结构的分析。 E-mail：sunshy@dlut.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(11102032)、国家重点基础研究发展计划(973计划2014CB046503)和创新研究群体科学基金(51321004)资助项目

The Study of Chopped Fiber Reinforcement on the Prevention of Burrs and Delamination of Composite Materials in Drilling

SUN Shiyong¹, YAN Zibin¹, ZHAO Yanguang², YANG Rui¹, JIA Zhenyuan¹

1. Key Laboratory for Precision and Non-traditional Machining Technology of Ministry of Education,Dalian University of Technology, Dalian 116024;
2. Beijing Institute of Aeronautical Materials, Beijing 100095

Received:2014-11-08 Revised:2015-06-08 Online:2015-11-05 Published:2015-11-05

摘要/Abstract

摘要： 由于复合材料的各向异性、树脂导热性差和层间韧性低，在二次机械加工特别是钻削制孔过程中，复合材料易产生毛刺、分层等缺陷和损伤，将短纤维层间增韧方法用于钻削损伤的抑制研究。制备低密度芳纶短纤维薄膜，采用低压接触成型工艺制备了含短纤维增韧与未增韧的复合材料层合板，进而在加工试验台上进行钻削试验。通过对试件加工孔的红外无损检测和显微观测，研究转速和短纤维增韧对复合材料制孔损伤的影响，结果表明提高转速和短纤维界面增韧可改善制孔质量。基于短纤维与基体间相互作用，揭示其增韧机理是由于短纤维在层间形成的丰富桥联抑制了分层扩展，同时短纤维与层间树脂复杂的破坏机制而产生额外的能量耗散，并讨论短纤维参数对增韧效果的影响。该方法为复合材料高质量加工提供借鉴意义。

关键词: 短纤维增韧, 分层, 钻削, 复合材料

Abstract: The mechanical property of composites presents anisotropy, the low thermal conductivity of resin, and low interlaminar toughness. So the process of secondary machining composites could lead to defects like burrs and delamination, especially in drilling. The chopped fibers reinforcement technology is employed to prevent the delamination of composites in drilling process. Aramid fibers are selected to manufacture low-density thin film. The composite laminates with and without chopped fibers reinforcement are manufactured by low pressure contact forming process. And the experiments are also performed to investigate the machining surface quality. The preventing effects of increasing spindle speed and chopped fibers on the defects of composites in drilling are validated by infrared nondestructive testing and microscope observation. The reinforced mechanism is the extra energy dissipation caused by the complex failure process between chopped fibers and matrix. The influence of chopped fiber parameters on the energy dissipation is also discussed. The study on interfacial reinforcement of composite laminates is a worth project for high quality drilling.

Key words: chopped fiber reinforcement, delamination, drilling, composite

孙士勇, 闫子彬, 赵延广, 杨睿, 贾振元. 基于短纤维增韧的复合材料制孔毛刺和分层抑制研究[J]. 机械工程学报, 2015, 51(21): 206-212.

SUN Shiyong, YAN Zibin, ZHAO Yanguang, YANG Rui, JIA Zhenyuan. The Study of Chopped Fiber Reinforcement on the Prevention of Burrs and Delamination of Composite Materials in Drilling[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(21): 206-212.

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基于短纤维增韧的复合材料制孔毛刺和分层抑制研究

The Study of Chopped Fiber Reinforcement on the Prevention of Burrs and Delamination of Composite Materials in Drilling

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