CFRP钻削工艺能耗属性及其与制孔质量自适应优化研究
批准号:
52105527
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
马峰
依托单位:
学科分类:
制造系统与智能化
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
马峰
中文摘要
航空、航天等高端制造领域碳纤维增强复合材料(CFRP)使用比例大幅增长,CFRP构件大规模生产已经展开,虽可降低CFRP成本,但所面临的降耗减排与质量提升等问题也会日渐突出。面对日益增长的CFRP需求,本课题以耗能较多、质量控制更复杂的钻削工艺为研究对象,创新性地将能耗指标引入到CFRP质量评价中,通过对CFRP钻削过程中不同阶段质量缺陷产生的原因及其产生过程中功率与能耗变化规律的分析,揭示CFRP钻削过程能耗变化特性及其与钻削质量完整性间的映射关系,挖掘基于能耗变化的质量缺陷诊断规则,并进行多模型融合决策;突破CFRP钻削过程实时在线质量监测与提升方法的难点和瓶颈,提出一种融合工艺能耗特性的复合材料钻削过程能耗与表面质量自适应优化方法,进一步完善CFRP钻削质量评价体系。研究成果对提高CFRP加工质量、缓解我国碳排放压力,尽早实现碳达峰和碳中和都有积极促进作用,应用前景较广阔。
英文摘要
With a significant growth in proportion of composite materials and titanium alloys in aviation, aerospace and other high-end manufacturing fields, the CFRP components mass production has begun. Although mass production can reduce the cost of CFRP, the issues of quality improvement, energy saving and emission reduction will become increasingly prominent. Facing the increasing demand of CFRP, this research takes the drilling process which consumes more energy and has more complex quality control as the research object, and creatively applies the energy consumption index into the CFRP quality evaluation. Based on the analysis of the causes of quality defects in different stages of CFRP drilling process as well as the change of power or energy consumption in the CFRP drilling process. The mapping relationship between energy consumption and drilling quality integrity in CFRP drilling process is revealed. Then the association rules between energy consumption and drilling quality are mined and multi model fusion decision is made. Moreover, to break through the difficulties and bottlenecks of real-time on-line quality monitoring in CFRP drilling process, an self-adaptive optimization method for energy consumption and surface quality integrating process energy consumption characteristics is established to further improve the quality evaluation system of CFRP drilling. The research results will have a positive role in improving the CFRP processing quality, alleviating the pressure of carbon emission in China and realizing carbon peak and neutral earlier.
当前,针对传统金属材料加工过程的耗能和质量提升问题研究已久、成果颇丰。但是,当前机械加工对象已不仅是单一的金属材料,因其优良的断裂韧性、比刚度大等特点,复材被广泛应用于航空、航天等高端制造领域,复材构件的大规模加工已经在制造业展开,随着大规模生产,所面临的降耗减排和质量提升等问题日渐突出。为此,本课题聚焦高效低碳这一国际热点研究领域,针对高端制造领域碳纤维增强复合材料(CFRP)这一种新型结构复材,重点围绕加工环境较封闭、加工耗时较长,耗能和质量优化更难复杂的CFRP钻削工艺展开系统研究。课题组首先从CFRP钻削工艺切削力、热的变化特性入手,系统分析了CFRP构件在钻削过程中的能流特性,抽象出了影响CFRP钻削工艺过程各部分能耗的典型特征参数,揭示了CFRP构件钻削能耗属性和质量缺陷间的影响因素和映射关系;然后,构建了以加工参数、刀具参数、材料参数等特征参数集的一组参数或者函数,结合深度学习、机器学习等智能算法对影响CFRP构件质量缺陷的各参数信息进行数据降维、特征提取,搭建了基于CFRP构件钻削能耗变化特征,预测工件钻削质量缺陷的机器学习模型,同时,以CFRP构件钻削能耗和钻削质量为目标,进行了多目标协同优化;进而,通过揭示CFRP钻削工艺能耗与制孔质量间的多参数、非线性映射关系,构建基于能耗信息变化的CFRP钻削工艺制孔质量关联模型,提出了一种基于CFRP制孔加工功率信息在线预测加工质量的方法,实现在制孔过程中不使用额外的硬件可直接在加工过程中实现在线评价CFRP制孔的加工质量的效果。最后,通过实例验证了本课题所提方法的可行性和有效性。本课题部分研究成果已在企业开展了应用,研究成果可以有效提高CFRP构件加工质量、降低加工能耗都有积极促进作用,经济环境效益显著。具备在工业环境中的推广潜力。
CFRP钻削工艺能耗属性及其与制孔质量自适应优化研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:30万元
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批准年份:2021
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负责人:马峰
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依托单位:
基于Li+离子流调控的金属/碳基复合材料用于长寿命锂金属负极的研究
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批准号:22109121
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项目类别:青年科学基金项目(C类)
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2021
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负责人:马峰
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依托单位:
国内基金
海外基金