碳纤维复合材料超声振动辅助钻孔工艺参数多目标优化方法

来源：计算机集成制造系统杂志2025年第8期北京时间：

作者：秦国华, 赖晓春, 金杨杨, 王华敏

单位：1.南昌航空大学航空制造工程学院2.江西省教育厅江西省教育国际合作与教师发展中心

摘要：碳纤维复合材料(CFRP)因其优越性能被广泛应用于航空航天领域,但在钻孔加工时,容易产生毛刺、分层和撕裂等缺陷,严重影响其发展应用。为了准确分析与预测CFRP钻孔过程中的分层缺陷,通过层内材料Hashin-Puck失效准则和Cohesive黏性层损伤失效机制,建立了CFRP超声振动钻孔有限元模型。与实验结果对比分析可知,轴向力和分层因子仿真值的最大误差分别为8.68%和5.54%。其次,构建了轴向力和分层因子的遗传优化神经网络预测模型,实验结果表明轴向力平均误差为3.60%,最大相对误差为7.06%。最后,建立了质量指标和效率指标为最小的多目标优化模型,并用MOEA/D遗传算法对模型求解,为CFRP钻孔工艺参数的合理选择提供切实可行的理论基础。

关键词：碳纤维复合材料,超声振动钻孔,Hashin-Puck失效准则,分层因子,神经网络,MOEA/D遗传算法

基金资助：国家自然科学基金资助项目(51765047);江西省自然科学基金重点资助项目(20232ACB204019);江西省重点研发计划资助项目(20203BBE53049)。