近日，我院机械设计与车辆工程系青年教师王小楠在碳纤维增强复合材料（CFRP）切削机理研究方面取得阶段性进展，相关研究成果《基于考虑应变率效应的新型数值模型研究CFRP切割中的材料去除过程和纤维变形机理》（On the material removal processes and fibre deformation mechanisms in CFRP cutting based on a novel numerical model considering the strain rate effect）发表在《Thin-Walled Structures》。《Thin-Walled Structures》是薄壁结构与复合材料领域的国际知名期刊，目前影响因子为6.6（SCI二区）。论文第一作者为我院王小楠老师，开云电竞投注（华东）为第一署名单位，该研究得到国家自然科学基金等项目的资助。
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碳纤维增强复合材料（CFRPs）因轻质高强、耐蚀性好等优点被广泛应用于航空航天、交通能源等领域，但切割过程中易产生多种损伤，准确预测材料去除和纤维变形机制对减少损伤、提高加工质量至关重要。以往研究的微观数值模型常忽略纤维在多向载荷下的不同失效模式及树脂力学性能随应变率的变化，导致预测精度不足。
为了解决以上问题，本论文开发了一种高精度细观CFRP切削数值模型。在数值模型中，纤维的失效准则涉及四种不同的失效模式以及主方向和剪切方向应力的贡献，并通过定义演化规律来考虑纤维中的损伤过程。此外，还制定了一个包含应变率效应的本构模型，以表征树脂在切割过程中的材料行为。基于该数值模型，预测了CFRP在四个典型纤维切割角度下的加工过程和切削力。仿真结果与实验观测结果吻合较好，与使用传统纤维和树脂材料模型的数值模型相比，预测精度有所提高。此外，还评估了加工条件对纤维变形的影响。当纤维切割角度为90°时，达到最大的纤维变形深度。纤维变形深度随着切割速度的增加而显著减小，直至达到1000mm/s。
虑及应变率的细观CFRP切削仿真与实验结果
