意圖。圖中，SdamgJI色區(qū)域為分層損傷的面積， Shcile為孔的面積。
[0025] 圖2為本發(fā)明實施例毛刺損傷雙三角形法示意圖。圖中，S &1 i為三角形ABC的面 積，Sttl 2為三角形DEF的面積，a為毛刺產(chǎn)生區(qū)域的長度，b為毛刺所在區(qū)域的最大長度。
[0026] 圖3為本發(fā)明實施例撕裂損傷示意圖。圖中，S dls i、Sdls 2、Sdls 3分別為表層撕裂損 傷三個區(qū)域的面積，H_n i、H_n 2、H_n 3分別為三個撕裂區(qū)域的平均高度。
【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施。
[0028] 本實施例中工件為碳纖維復(fù)合材料單向板，工件厚度為3mm，鉆削實驗使用硬質(zhì)合 金鉆頭，直徑6mm。鉆削轉(zhuǎn)數(shù)為2000r/min，進給速度為300mm/min。由于實際加工中各種 損傷往往伴隨產(chǎn)生，本發(fā)明綜合考慮鉆孔產(chǎn)生的毛刺、撕裂及分層損傷，以及毛刺產(chǎn)生區(qū)域 的影響，采用這三種損傷對工件性能影響的權(quán)重系數(shù)，推導(dǎo)出損傷表征因子公式，通過建 立分層、毛刺、撕裂這三種損傷因子與工件力學(xué)性能參數(shù)之間的回歸模型，確定三種損傷的 權(quán)重系數(shù)后，得到加工損傷的綜合表征因子，碳纖維復(fù)合材料損傷的表征方法具體步驟如 下：
[0029] 步驟1 :計算分層損傷對加工質(zhì)量的影響因子
[0030] 通過聲學(xué)顯微鏡得到分層區(qū)域的面積如圖1所示，SdanagJI色區(qū)域為分層損傷的面 積，S hc^為孔的面積。將得到的分層區(qū)域面積及計算求得孔的面積代入公式（1)中，求得分 層損傷對加工質(zhì)量的影響因子F 1S 0. 21。
[0031] 步驟2 :計算毛刺損傷對加工質(zhì)量的影響因子
[0032] 如圖2所示，a為毛刺產(chǎn)生區(qū)域的長度，b為毛刺所在區(qū)域的最大長度，毛刺損傷的 等效面積分別用兩個三角形面積表示，S ttl i為三角形ABC的面積，S &1 2為三角形DEF的面 積。利用定義的三角形構(gòu)成原則，構(gòu)建了毛刺出現(xiàn)區(qū)域雙三角形，將求得的雙三角形面積以 及孔的面積代入公式（2)，求得毛刺損傷對加工質(zhì)量的影響因子匕為0. 16。
[0033] 步驟3 :計算撕裂損傷對加工質(zhì)量的影響因子
[0034] 如圖3所不，圖中，S dis i、Sdis 2、Sdis 3分別為表層撕裂損傷三個區(qū)域的面積，Hmean i、 H_n 2、H_n 3分別為三個撕裂區(qū)域的平均高度。觀測鉆削出口處撕裂區(qū)域，測量撕裂區(qū)域各 部分面積及平均高度，將得到的結(jié)果代入公式（3)，得到撕裂損傷對加工質(zhì)量的影響因子匕 為 0·05〇
[0035] 步驟4:計算加工損傷綜合表征因子。將分層、毛刺、撕裂損傷因子與工件力學(xué)性 能之間建立回歸模型，確定權(quán)重系數(shù)，本實施例中分層、毛刺、撕裂因子權(quán)重系數(shù)α、β、γ 分別為〇. 5、0. 3、0. 2。將權(quán)重系數(shù)以及步驟1、步驟2、步驟3求得的三種損傷對加工質(zhì)量的 影響因子代入公式（5)，求得本實施例的加工損傷綜合表征因子F為0. 163。
[0036] 本發(fā)明還通過承載性能測試對該損傷表征方法的準(zhǔn)確性進行了驗證，當(dāng)損傷因子 為0. 163時，制孔質(zhì)量對承載性能的影響很小，可以應(yīng)用。此外，結(jié)合工廠實際生產(chǎn)設(shè)計要 求，還可以進一步確定不適合應(yīng)用的綜合損傷表征因子臨界值，當(dāng)綜合損傷表征因子大于 該臨界值，即認為該加工質(zhì)量不合格，不適合應(yīng)用。
【主權(quán)項】
1. 一種碳纖維復(fù)合材料損傷的表征方法，其特征是，表征方法考慮復(fù)合材料加工過程 中產(chǎn)生的分層、毛刺、撕裂損傷現(xiàn)象，針對這三種損傷對工件性能的影響，采用權(quán)重系數(shù)方 式推導(dǎo)出損傷表征因子公式；通過建立分層、毛刺、撕裂這三種損傷因子與工件力學(xué)性能參 數(shù)之間的回歸模型，由三種損傷的權(quán)重系數(shù)得到加工損傷的綜合表征因子；表征方法的具 體步驟如下： 步驟1:計算分層損傷對于加工質(zhì)量的影響因子 復(fù)合材料的分層損傷通常出現(xiàn)在出口表層材料之間，通過聲學(xué)顯微鏡對鉆削后樣件的 孔周邊進行局部掃描，得到從入口到出口的分層損傷信息在投影平面上的疊加；讀取分層 損傷的面積，并計算孔的面積，得到分層損傷對加工質(zhì)量的影響因子：式中，匕為分層損傷對加工質(zhì)量的影響因子，S 為分層損傷在投影平面內(nèi)疊加的面 積， Shole 為孔的面積； 步驟2 :計算毛刺損傷對加工質(zhì)量的影響因子 復(fù)合材料毛刺損傷是指加工后材料表層未被切斷的纖維，由于復(fù)合材料具有方向性， 鉆削過程中毛刺經(jīng)常出現(xiàn)在兩個對稱的范圍內(nèi)；分別以毛刺產(chǎn)生區(qū)域的長度a為邊，以平 行于表層纖維方向的最大毛刺長度b為邊，建立三角形，用兩個三角形的面積對毛刺進行 評價，得到毛刺損傷對加工質(zhì)量的影響因子為：式中，F(xiàn)2S毛刺損傷對加工質(zhì)量的影響因子，S &1 i為三角形1的面積，S &1 2為三角形2 的面積，Shcile為孔的面積； 步驟3 :計算撕裂損傷對加工質(zhì)量的影響因子 復(fù)合材料撕裂通常發(fā)生在材料的表層，鉆孔時在孔的出口側(cè)產(chǎn)生一些具有寬度和厚度 的撕裂損傷，由于撕裂寬度和厚度均對加工質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此，采用等效體積進行評價， 得到撕裂損傷對加工質(zhì)量的影響因子為：式中，F(xiàn)3為撕裂損傷對加工質(zhì)量的影響因子，S dls i為第i個撕裂區(qū)域的面積，H _n i為 第i個撕裂區(qū)域的平均厚度，d為加工孔的直徑，t為工件的厚度； 步驟4 :加工損傷的綜合表征因子 通過建立分層、毛刺、撕裂這三種損傷因子與工件力學(xué)性能參數(shù)之間的回歸模型，確定 三種損傷的權(quán)重系數(shù)，得到加工損傷的綜合表征因子： F= a F1+ P F2+ y F3 (5) 式中，F(xiàn)為加工損傷綜合表征因子，匕為分層損傷對加工質(zhì)量的影響因子，F(xiàn)2為毛刺損 傷對加工質(zhì)量的影響因子，匕為撕裂損傷對加工質(zhì)量的影響因子，a、P、y分別代表分層、 毛刺、撕裂的權(quán)重系數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明一種碳纖維復(fù)合材料鉆削損傷的表征方法屬于損傷評價領(lǐng)域，涉及一種碳纖維復(fù)合材料鉆削損傷的綜合表征方法。表征方法考慮復(fù)合材料實際加工過程中產(chǎn)生的分層、毛刺、撕裂損傷現(xiàn)象，采用這三種損傷對工件性能影響的權(quán)重系數(shù)，推導(dǎo)出損傷表征因子公式，通過建立分層、毛刺、撕裂這三種損傷因子與工件力學(xué)性能參數(shù)之間的回歸模型，確定三種損傷的權(quán)重系數(shù)后，得到加工損傷的綜合表征因子。本發(fā)明不僅計算簡單，結(jié)果準(zhǔn)確，使計算得到的損傷綜合評價因子更具有說服力，而且具有很好的工程應(yīng)用前景。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號】CN105138842
【申請?zhí)枴緾N201510528966
【發(fā)明人】王福吉, 陳晨, 賈振元, 張博宇, 殷俊偉
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月26日