Numerical Modeling of Fiber-Reinforced 3D Woven Composite Parts and their Machining Process

Аннотация

При изготовлении деталей из волоконно-армированных композитов объемного плетения все чаще используется механообработка лезвийными инструментами: сверлами, фрезами, резцами. В процессе резания нежестких деталей типа турбинных лопаток возникают их заметные упругие перемещения, что снижает точность обработки. Для расчета сил резания необходимо выполнить моделирование стружкообразования в зоне резания, что существенно зависит от ориентации волокон заготовки по отношению к клину режущего инструмента. Поскольку расчет деформаций заготовки необходимо вести выборочно в отдельных точках траектории движения инструмента, то для моделирования резания необходимо выделить соответствующие фрагменты заготовки с характерным расположением волокон. С этой целью требуется сформировать конечно-элементную модель всей заготовки с ее волокнами и их граничными слоями, а также выполнить расчет напряженно-деформированного состояния зоны резания в процессе образования стружки в выбранных фрагментах заготовки. Все эти вопросы были решены в ходе проведенных исследований: получены математические зависимости для воксельного моделирования указанных композитных деталей и расчета их конечных элементов; разработаны компьютерные программы, с использованием которых, получены необходимые геометрические и физические модели механики стружкообразования. Выполненные расчеты подтвердили достаточность предложенных численных решений при прогнозировании технологами промышленного производства точности обработки небольших по размеру композитных деталей.