芳纶蜂窝材料具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀等优良性能，在航空、航天、军工、交通等领域得到越来越广泛的应用。其正交各向异性的力学特性和非连续的材料结构特点，使传统的高速铣削加工难以保证结构件加工质量和加工效率。项目以芳纶蜂窝材料超声切割为研究对象，通过理论建模、数值模拟和实验研究相结合的方法，围绕蜂窝材料的弹塑性本构模型建立、蜂窝材料的超声切割机理、切削热对声学系统性能影响、切削过程仿真技术和基于切削机理的工艺优化等内容开展研究。具体研究内容和成果包括： 1）根据芳纶蜂窝材料的结构特性和蜂窝芯零件曲面加工的特点，对材料进行均质化等效处理，在正交各向异性材料的本构模型基础上建立任意切割平面上蜂窝材料的等效弹塑性本构模型。 2）以尖形刀超声切割工艺为基础，分析超声纵振模式下尖形刀运动学特征，基于断裂力学研究芳纶蜂窝复合材料的超声切割机理，为超声切割加工工艺参数的优化和超声波声学主轴的设计提供理论依据。 3）分析了超声切割热源的产生原因，对芳纶蜂窝复合材料超声切割热的产生机理及传导特点进行理论分析，建立超声切割热理论模型；在分析超声切割温度与超声切割系统振幅之间关系的基础上，建立超声切割温度与超声系统中振幅关系的理论模型。 4）以材料建模、材料失效方式以及摩擦特性等方面作为重点开展蜂窝材料超声切削过程数字仿真研究，与实验结果比较表明，蜂窝材料采用等效实体模型的切削过程仿真能够满足工艺参数优化的需求，采用结构模型可以真实体现刀具上负载情况和蜂窝材料的切削变形过程。 项目研究对丰富超声加工理论和快速发展超声复合加工技术具有重要理论意义，对提升芳纶蜂窝材料的加工水平具有重要技术支撑作用，对丰富其他多胞材料的加工方法具有一定借鉴意义。基于项目研究工作研制的超声切削主轴已经在企业得到工程应用。

芳纶蜂窝材料具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀等优良性能，在航空、航天、军工、交通等领域得到越来越广泛的应用。其正交各向异性的力学特性，使传统的高速铣削加工难以保证制件加工质量和加工效率。本项目以芳纶蜂窝材料超声切割为研究对象，围绕多胞正交各向异性材料的冲击断裂机理、超声复合加工模式下切屑变形规律和变形过程模型、超声振动刀具与切屑之间的摩擦规律以及超声振动刀具和材料之间动力学模型建立等科学问题开展研究，综合运用材料学、力学、摩擦学、机械学等理论，通过理论建模、数值模拟和实验研究相结合的方法，建立芳纶蜂窝材料冲击断裂本构模型，揭示芳纶蜂窝材料超声复合加工机理，提出刀具切削运动最佳的超声振型复合模式，优化超声加工工艺和工艺参数，对丰富超声加工理论和快速发展超声复合加工技术具有重要理论意义，对提升芳纶蜂窝材料的加工水平具有重要技术支撑作用，对丰富其他多胞材料的加工方法具有一定借鉴意义。

从超声降解有机物和超声处理废水的机理研究着手，探讨物理、化学条件以及声化学反应器的参数对降解（处理）效果的影响，明确声空化分布的规律。结合我校承担的水处理工程，进行声化学反应器的参数优化及机理研究。对具有均匀声场的大容量超声水处理反应器分别基于声学、电学、化学、机械等条件进行试验，研制基本符合大容量高效的声化学反应器。并使用研制出的声化学反应器以典型的有机物水溶液和实际工程中的污水为研究对象，在多种条件下，进行超声/臭氧协同作用降解有机物试验。利用紫外光谱仪作定波长扫描、循环状态动态测试，并利用电导仪等仪器来追踪空化进度。结合有机物降解情况，找出可使超声快速高效降解水中有机污染物的物理和化学条件。为解决声化学迟迟不能在工业上推广的瓶颈问题（缺少高效的声化学反应器）奠定研制与生产的基础；为更深入地了解超声及其联合技术降解水中有机物的机理进行基础性研究以及为这一技术的实际应用做科学储备。 2100433B

芳纶纤维复合材料属轻质、高强、高韧的新型复合材料，在各领域都有广泛的用途，但其二次加工易出现缺陷，制约了该材料的进一步应用。本研究旨在揭示该材料的切削断裂机理，研究避免其加工缺陷的工艺方法，研究内容及其成果主要包含：（1）针对该材料进行微细切削全过程的ABAQUS仿真，基于2D编织形态的单胞模型建立了芳纶纤维复合材料的三维模型，研究了其断裂力学特性；（2）通过试验研究了该材料的切屑形态即分为絮状切屑、块状切屑、盘丝状切屑，絮状切屑是切削状态良好的一种切屑，块状切屑出现在低速切削和切削条件恶化的情况下，盘丝状切屑表明切削刃开始出现磨损；（3）定义了该材料瞬时切削状态比α、纤维方向系数β、切削方向角γ，并研究了切削力随上述参数的变化趋势。试验表明X方向切削力随α单调增减，与β无关；Y方向切削力与纤维方向系数β相关，当β=1时，即切削进给方向与上层纤维一致时出现波谷，β=-1时出现波峰；Z方向切削力与Y方向切削力峰谷异向，即当β=1时出现波峰，β=-1时出现波谷；（4）通过切削力试验得出了切削力的变化规律，即宏观上呈现出周期性、震颤性、单调性，切削力分力Y、Z方向呈现峰谷异向性，研究了切削力对复合材料编织状态的复映规律，发现了切削中的单齿切削现象及其对表面质量的影响；（5）对比了常温和超低温环境下，微细切削芳纶纤维复合材料的表面质量，结果表明，超低温环境可使纤维断裂彻底，避免烧蚀现象，减少刀具磨损，获得较低的表面粗糙度值，Ra最小值可达到1.47μm；发现了芳纶纤维复合材料切削加工后表面特有的白色凝胶现象，初步探索了风冷排屑的工艺方法和基于控形控性技术的刀具优化设计。本研究探索了该材料的结构建模方法和切削工艺现象，揭示了切削断裂机理和切屑形成规律，提出了改进表面质量的工艺方法，推进了芳纶纤维复合材料的二次加工技术，为其进一步应用奠定了试验基础，积累了试验数据和初步的工艺探索。