网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

“工业母机—复合材料加工”专题 | 华中科技大学赵欢教授团队:碳纤维/聚醚醚酮单磨粒高速划痕材料去除机理研究

0
分享至


专题文章(二)


作者简介

赵 欢

华中科技大学

教授、博导

  • 国家级青年人才等

  • 获机械工业科学技术发明奖特等奖、江苏省科学技术奖一等奖、上银优秀机械工程博士论文奖银奖、上海市优秀博士论文、机械工程学报第三届高影响力论文奖、中国科协第六届优秀论文、NSR最佳论文奖等多项奖励

  • 长期从事机器人加工与操作等方面的研究工作

王荣国, 赵欢, 李普霖, 王时玉, 郝小忠. 碳纤维/聚醚醚酮单磨粒高速划痕材料去除机理研究[J]. 制造技术与机床, 2026(5): 23-31. DOI: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2026.05.002

王荣国① 赵欢① 李普霖① 王时玉② 郝小忠③

(①华中科技大学机械科学与工程学院

②西北工业大学航天学院

③南京航空航天大学机电学院)

研究背景

随着经济的发展和技术的进步,航空、航天等领域对高端装备在机动性、可靠性等各方面性能要求越来越高,对材料性能的需求愈发苛刻。相比于传统的单一金属及非金属材料,以高性能碳纤维为增强相、有机高分子材料为基体的树脂基复合材料(CFRP)具有高比强度、高比模量等显著优势,成为新一代高端装备减重增效的优选材料。当前CFRP构件一般通过近净成形制造,需通过磨削等二次加工方式以保障形位精度。但磨削过程中砂轮表面大量随机分布的磨粒与材料间交替接触,力热作用复杂,易产生层间剥离、裂纹等加工损伤,严重影响表面质量。因此,深入研究磨削过程中CFRP的材料去除机理,有助于优化CFRP磨削工艺,提高磨削表面质量,实现CFRP的高质量加工,进一步拓宽应用范围。

研究内容

(1) 基于快速泊松盘采样算法建立了虑及纤维随机分布的复材细观结构模型,并在DY-618AHQ型三轴数控磨床上搭建了单磨粒划痕实验平台。


(2)沿0°划痕时,磨粒沿纤维轴向持续进给,纤维沿磨粒表面滑移进而产生挠曲变形,形成长纤维断屑。由于PEEK基体的塑性、韧性较强,基体随磨粒推挤塑性变形,涂覆于划痕表面。沿90°划痕时,磨粒挤压纤维使其在接触域形成压应力集中,进而产生局部压溃形成微细碎屑。基体在纤维的支撑作用和磨粒的推挤作用下塑性剪切去除。


(3)随着划痕深度的增加,划痕槽内材料去除体积增加但材料去除率逐步下降,划痕边缘逐渐粗糙,划痕槽底部未去除的断裂纤维和基体形成的混合纤维束严重恶化了划痕表面质量。此外,砂轮转速和进给速度通过影响单磨粒划痕轨迹的曲率变化进而影响划痕形貌,过高的砂轮转速和进给速度均会导致划痕表面形貌恶化。


结语

(1)基于三维细观有限元仿真,揭示了CFRP在不同纤维方向下的动态去除与失效机理。0°划痕时,随磨粒进给纤维沿磨粒滑移方向变形断裂,基体受磨粒压缩剪切作用变形涂覆。应力通过基体沿纤维轴向迅速传递,纤维阻碍了应力的径向传递。90°划痕时,纤维顶部在磨粒堆积下横向弯曲断裂,各纤维断裂高度不一,界面相损伤沿纤维轴向迅速传递。PEEK沿纤维周向剪切破坏,形成波纹状边缘。

(2)基于0°和90°下的CFRP划痕形貌比对,验证了不同纤维方向下的材料去除模式与断屑形态差异。0°划痕时纤维主要通过脱黏剥离去除形成长纤维断屑,而90°划痕时纤维主要通过局部压溃和弯曲断裂去除形成短纤维断屑,且0°划痕时纤维易随基体沿磨粒表面滑移形成堆积,90°划痕时得到的划痕表面质量优于0°划痕时的划痕表面。

(3)基于多工艺参数的单磨粒划痕试验,阐明了划痕参数对材料去除特性与表面形貌的演变规律。随着划痕深度的增加,划痕边缘逐渐粗糙,划痕表面质量逐渐下降。此外,过高的砂轮转速和进给速度均会导致划痕表面形貌恶化。

近年团队发表文章

[1] Yan X, Zhao H, Shen Y, et al. Material removal mechanism and penetration depth modeling of CF/PEEK composites under nano-scratching[J]. Composites Science and Technology, 2022: 109566.

[2] Wen Z, Zhao H, Yan X, et al. Grinding performance study of CF/epoxy and CF/PEEK composites[J]. Polymer Composites. 2023, 44(8): 4565-4578.

[3] Lin Y, Zhao H, Ding H. A data-driven approach for online path correction of industrial robots using modified flexible dynamics model and disturbance state observer[J]. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2023, 28(6): 3410-3421.

[4] Li D, Zhao H, Ge D, et al. A Novel Robotic Multiple Peg-in-Hole Assembly Pipeline: Modeling, Strategy, and Control[J]. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2023, 29(4): 2602-2613.

[5] Li X, Zhao H, Ding H. Logarithmic observation of feature depth for image-based visual servoing[J]. IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, 2022, 19(4): 3549-3560.

[6] Lin Y, Zhao H, Ding H. External Force Estimation for Industrial Robots with Flexible Joints[J]. IEEE Robotics and Automation Letters, 2020, 5(2): 1311-1318.

[7] Zhao H, Li X, Ge K, et al. A contour error definition, estimation approach and control structure for six-dimensional robotic machining tasks[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2022, 73: 102235.

[8] Ge D, Zhao H, Wang Y, et al. Learning compliant dynamical system from human demonstrations for stable force control in unknown environments[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2024, 86: 102669.

[9] Lin Y, Zhao H, Ding H. Real-time path correction of industrial robots in machining of large-scale components based on model and data hybrid drive[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2023, 79: 102447.

[10] Li X, Zhao H, He X, et al. A novel cartesian trajectory planning method by using triple NURBS curves for industrial robots[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2023, 83: 102576.

专题相关

01

●【新岁序开·专家启航】“工业母机”专题

02

●专家启航 | “工业母机—增材制造”专题

03

●工业母机—增材制造丨首个专题,正式出版

04

●工业母机—绿色化丨正式出版

05

●工业母机—齿轮加工丨正式出版

06

●工业母机—超精密加工丨正式出版



声明:


Tel:010-64739683/85

核心期刊/网站/微信/直播/活动

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
闹大了!九寨沟打人老夫妻正脸曝光,被打情侣满脸血,目击者发声

闹大了!九寨沟打人老夫妻正脸曝光,被打情侣满脸血,目击者发声

无人倾听无人倾听
2026-11-04 07:36:13
李标,被遣返回国

李标,被遣返回国

扬子晚报
2026-11-06 16:41:04
王近山不经请示,就干掉了日本战地观战团,毛主席:早就听说有个王疯子

王近山不经请示,就干掉了日本战地观战团,毛主席:早就听说有个王疯子

磊子讲史
2026-10-30 16:07:34
WTT法兰克福冠军赛:王楚钦爆冷出局,国乒男单再损三将

WTT法兰克福冠军赛:王楚钦爆冷出局,国乒男单再损三将

上观新闻
2026-11-06 07:44:18
葡媒:虽然C罗退出国家队,但葡萄牙足协赞助收入无忧

葡媒:虽然C罗退出国家队,但葡萄牙足协赞助收入无忧

懂球帝
2026-11-07 03:10:39
头皮上长脓包和小疙瘩,究竟是怎么回事?医生:或与3种疾病有关

头皮上长脓包和小疙瘩,究竟是怎么回事?医生:或与3种疾病有关

熊猫医学社
2026-11-05 11:35:05
两岸统一新风向:若是赖清德由独转统,或能成就统一功绩

两岸统一新风向:若是赖清德由独转统,或能成就统一功绩

知法而形
2026-11-07 04:22:25
发生在你身边最离谱的事是啥?网友:确实够炸裂的,洗眼睛

发生在你身边最离谱的事是啥?网友:确实够炸裂的,洗眼睛

带你感受人间冷暖
2026-11-05 01:45:59
联合国就杜特尔特案进行表决,结果为93票赞成、13票反对;美国、俄罗斯和以色列一同投下反对票,中国没有跟风,而是投出弃权票

联合国就杜特尔特案进行表决,结果为93票赞成、13票反对;美国、俄罗斯和以色列一同投下反对票,中国没有跟风,而是投出弃权票

z千年历史老号
2026-11-06 23:37:12
特朗普将很快决定是否再打伊朗

特朗普将很快决定是否再打伊朗

界面新闻
2026-11-06 13:14:16
网传股民圈传出劲爆消息,全网炸锅:A股最残酷真相被撕开…

网传股民圈传出劲爆消息,全网炸锅:A股最残酷真相被撕开…

慧翔百科
2026-11-04 08:24:14
岳父因病离世,女婿将遗体移至车辆后方,伪造成自己倒车不慎致死拟骗保47万余元,被行拘12日;检察机关:没拿到钱依然构成诈骗

岳父因病离世,女婿将遗体移至车辆后方,伪造成自己倒车不慎致死拟骗保47万余元,被行拘12日;检察机关:没拿到钱依然构成诈骗

极目新闻
2026-11-06 20:14:47
卖一辆亏两万多?详细解读20万左右买沃尔沃XC70值不值

卖一辆亏两万多?详细解读20万左右买沃尔沃XC70值不值

川雨玩车
2026-11-06 14:25:51
台独慌了!台"防务主管"顾立雄发表严正声明

台独慌了!台"防务主管"顾立雄发表严正声明

果妈聊娱乐
2026-11-06 13:48:37
此处不留爷,自有留爷处,换队后状态爆发的四位球星

此处不留爷,自有留爷处,换队后状态爆发的四位球星

球毛鬼胎
2026-11-06 22:20:26
造纸厂储罐发现3具女尸,法医:三人为亲姐妹,生前骨盆均被破坏

造纸厂储罐发现3具女尸,法医:三人为亲姐妹,生前骨盆均被破坏

罪案洞察者
2025-10-28 15:33:21
老泄残精,人穷寿尽!医生提醒:63岁之后,男性要守好这4道关

老泄残精,人穷寿尽!医生提醒:63岁之后,男性要守好这4道关

医学科普汇
2026-10-16 18:19:25
20票全票赞成,俄主动退让一步,普京已经签字,要和中国坐一桌

20票全票赞成,俄主动退让一步,普京已经签字,要和中国坐一桌

关权教授聊经济
2026-11-06 21:50:05
代通房丫头要穿开裆裤,根本不是什么方便伺候,真相说出来让人脊背发凉

代通房丫头要穿开裆裤,根本不是什么方便伺候,真相说出来让人脊背发凉

贱议你读史
2026-07-23 21:27:45
梅根还没死心,又改主意让母亲来英国过圣诞,夫妻俩这是赖上查尔斯了

梅根还没死心,又改主意让母亲来英国过圣诞,夫妻俩这是赖上查尔斯了

照见古今
2026-11-06 15:40:14
2026-11-07 05:48:49
机床杂志社 incentive-icons
机床杂志社
制造技术、工业机器人
3294文章数 26718关注度
往期回顾 全部

科技要闻

AI机房被卡,美股重挫!英伟达大跌9%

头条要闻

墓碑刻满药方的女中医照片公布 孙子:原稿200多个药方

头条要闻

墓碑刻满药方的女中医照片公布 孙子:原稿200多个药方

体育要闻

贝林厄姆的50岁老爸,单场轰进7球

娱乐要闻

孙俪晒照心疼邓超工作辛苦 评论区翻车

财经要闻

美国距下一场金融危机还有多远?

汽车要闻

限时权益价8.88万 吉利星愿STAR限定系列发布

态度原创

艺术
亲子
本地
时尚
公开课

艺术要闻

放大看才知道多狠:绘画大师笔下的衣服,细节质感直接拉满!

亲子要闻

获批适应症最广!长效生长激素为更多矮小患儿点亮长高希望

本地新闻

乌兰察布:以前种土豆,现在种Token

推广中奖名单-更新至2026年10月23日推广

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版