薄壁結(jié)構(gòu)

薄壁結(jié)構(gòu)是由薄板、薄殼和細(xì)長(zhǎng)桿件組成的結(jié)構(gòu)，能以較小的重量和較少的材料承受較大的載荷。

中文名稱

薄壁結(jié)構(gòu)

英文名稱

thinwalled structure

定　　義

由縱橫加筋構(gòu)件為骨架且以薄板件為蒙皮組成的結(jié)構(gòu)。

應(yīng)用學(xué)科

航空科技（一級(jí)學(xué)科），飛行器結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)與強(qiáng)度理論（二級(jí)學(xué)科）

本書在高速切削加工技術(shù)及薄壁結(jié)構(gòu)件工藝特點(diǎn)基礎(chǔ)上，對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)件的切削變形進(jìn)行了深入的探討，闡述了薄壁結(jié)構(gòu)件切削加工過程中的力學(xué)基礎(chǔ)，彈性變形、彈塑性變形理論和原理， 并研究了薄壁結(jié)構(gòu)件切削加工變形的應(yīng)用技術(shù)，建立了薄壁件不同刀具位置處的三維穩(wěn)定性模型，為薄壁零件銑削加工變形的控制和工藝參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)。本書可作為學(xué)習(xí)金屬切削原理、機(jī)床振動(dòng)、CAD/CAM技術(shù)、機(jī)械加工技術(shù)、金屬切削變形的大學(xué)高年級(jí)學(xué)生、研究生的教材，也可作為從事金屬切削力學(xué)和動(dòng)力學(xué)、CNC技術(shù)的科研工作者以及從事實(shí)際生產(chǎn)制造的工程師的學(xué)習(xí)參考書

第1章高速切削加工技術(shù)1

1.1高速切削加工技術(shù)概述1

1.2高速切削加工的特點(diǎn)3

1.3高速切削加工中的切削力4

1.3.1切削力的理論公式5

1.3.2切削力的指數(shù)公式5

1.3.3單位切削力公式6

1.3.4影響切削力的因素6

第2章薄壁結(jié)構(gòu)件的工藝特點(diǎn)及分析8

2.1薄壁結(jié)構(gòu)件的工藝特點(diǎn)8

2.2薄壁零件切削加工變形的研究9

2.3薄壁結(jié)構(gòu)件加工變形的影響因素10

2.4薄壁件加工變形的控制措施12

第3章薄壁零件切削加工變形的力學(xué)基礎(chǔ)15

3.1金屬切削變形理論15

3.2材料加工變形的力學(xué)基礎(chǔ)17

3.2.1應(yīng)力狀態(tài)分析17

3.2.2應(yīng)變狀態(tài)分析21

3.2.3彎曲薄板功的互等定理25

第4章薄壁零件銑削加工的彈性變形31

4.1薄壁零件銑削過程中的變形31

4.2薄壁零件銑削彈性變形的基本假設(shè)32

4.3薄壁零件銑削的線載荷33

4.4薄壁零件銑削彈性變形的微分方程34

4.5薄壁零件銑削彈性變形的影響因素37

4.5.1變形研究總體方案37

4.5.2線載荷大小對(duì)薄壁零件銑削最大變形的影響39

4.5.3銑刀切削位置對(duì)薄壁零件銑削最大變形的影響39

4.5.4壁厚對(duì)薄壁零件銑削最大變形的影響42

第5章薄壁零件銑削加工的彈塑性變形及彎曲回彈44

5.1薄壁零件銑削的彈塑性變形微分方程與邊界條件44

5.1.1線載荷變化對(duì)薄壁零件銑削彈塑性變形的影響47

5.1.2銑刀切削位置的變化對(duì)薄壁零件銑削彈塑性變形的影響48

5.1.3壁厚對(duì)薄壁零件銑削最大變形的影響50

5.2薄壁零件的彎曲回彈50

5.2.1薄壁彎曲變形過程中的應(yīng)力分析51

5.2.2薄壁零件彎曲回彈的計(jì)算分析53

5.2.3薄壁零件彎曲回彈的影響因素57

5.3薄壁零件銑削加工彈塑性變形的仿真與試驗(yàn)58

5.3.1薄壁零件銑削加工彈性變形的仿真58

5.3.2薄壁零件銑削加工變形的試驗(yàn)驗(yàn)證60

第6章薄壁零件銑削系統(tǒng)的三維穩(wěn)定性63

6.1動(dòng)態(tài)銑削模型63

6.2薄壁零件銑削穩(wěn)定性預(yù)測(cè)的運(yùn)動(dòng)微分方程68

6.3薄壁零件銑削穩(wěn)定性的極限條件69

6.4薄壁零件銑削的三維穩(wěn)定性70

第7章薄壁件銑削加工變形的應(yīng)用技術(shù)73

7.1薄壁零件切削中的“讓刀”現(xiàn)象73

7.2刀具不同加工位置處三維穩(wěn)定性圖的數(shù)值仿真74

7.3薄壁零件銑削不同位置時(shí)的顫振穩(wěn)定性的試驗(yàn)驗(yàn)證76

附錄主要符號(hào)及其單位82

參考文獻(xiàn)84"

薄壁結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于航空航天石化、交通等領(lǐng)域，其主要失效形式是屈曲失效。本項(xiàng)目主要內(nèi)容及結(jié)果：針對(duì)復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)局部幾何缺陷或局部受熱的情形，通過理論、仿真及實(shí)驗(yàn)方法，研究缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的影響，評(píng)估缺陷對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)失效的影響規(guī)律。具體包括： (1) 薄板結(jié)構(gòu)局部升溫響應(yīng)規(guī)律以及燒蝕擴(kuò)展的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究。建立了薄壁結(jié)構(gòu)局部升溫及燒蝕的理論分析、數(shù)值仿真模型，采用半解析方法及有限元方法對(duì)局部受熱作用下板的位移和熱應(yīng)力進(jìn)行分析，研究了幾何及材料參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。以強(qiáng)激光作為局部升溫?zé)嵩?，測(cè)試并模擬強(qiáng)熱源作用下薄壁復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。構(gòu)造面單元加載熱流，考慮局部燒蝕噴射阻擋激光輻照，解釋了材料的實(shí)際燒蝕熱遠(yuǎn)大于理想狀態(tài)下模擬燒蝕熱的原因，在燒蝕模擬模型中設(shè)置遮罩系數(shù)，使模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，對(duì)準(zhǔn)確分析強(qiáng)熱作用薄壁結(jié)構(gòu)具有重要參考意義。 (2) 幾何缺陷及局部升溫對(duì)薄板結(jié)構(gòu)屈曲承載力的影響研究。以薄板的非線性屈曲理論為基礎(chǔ)，計(jì)算薄板結(jié)構(gòu)屈曲載荷，分析邊界條件、開孔形狀（圓形、正方形以及正三角形）、尺寸及角度等幾何缺陷對(duì)薄板結(jié)構(gòu)屈曲承載力的影響。分析了局部升溫各因素對(duì)結(jié)構(gòu)屈曲承載力的影響規(guī)律。為了準(zhǔn)確分析模擬復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的高溫力學(xué)性能，測(cè)試了耐熱碳纖維/樹脂 (MT300/PMR) 復(fù)合材料層合板的高溫性能。研究熱－力共同作用對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)承載能力的影響。設(shè)計(jì)了相應(yīng)的試驗(yàn)方法和裝置，測(cè)試了MT300/PMR的高溫（拉、壓、彎、剪、層剪）力學(xué)性能，為結(jié)構(gòu)高溫失效模擬提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對(duì)缺陷薄壁結(jié)構(gòu)的屈曲失效進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)制作了典型開孔的鋁合金板試件及復(fù)合材料鋪層板試件近百余件，試驗(yàn)對(duì)數(shù)值模擬與理論分析規(guī)律進(jìn)行了驗(yàn)證。 (3)拓展研究范圍到加筋薄壁結(jié)構(gòu)屈曲優(yōu)化、夾芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、功能梯度材料分析優(yōu)化及各向異性介質(zhì)波導(dǎo)不連續(xù)問題等。改進(jìn)ESO優(yōu)化方法，建立加筋薄板結(jié)構(gòu)的離散變量?jī)?yōu)化模型并獲得筋條布局規(guī)律，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理論研究及工程應(yīng)用作出貢獻(xiàn)。針對(duì)點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，構(gòu)建承載力最大優(yōu)化模型，豐富點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)單胞設(shè)計(jì)理論和方法。針對(duì)竹材這種功能梯度材料，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試、理論分析與數(shù)值模擬，獲得了結(jié)構(gòu)承載能力的優(yōu)越性，為仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。針對(duì)各向異性介質(zhì)波導(dǎo)問題，譜單元法與精細(xì)積分法相結(jié)合，對(duì)含有各向異性介質(zhì)波導(dǎo)問題導(dǎo)入哈密頓體系利用精細(xì)積分法進(jìn)行求解。獲得高準(zhǔn)確度的 2100433B