颗粒增强的轻质金属基航空复合材料的高速切削过程,是一个有关多学科交叉的、热机耦合的复杂动态问题,涉及到高度非线性弹塑性大变形、高温、高应变率、断裂失效、颗粒的剧烈碰撞和摩擦等一系列现象,而有限元数值模拟已成为研究复合材料切削过程规律的重要手段。本文基于ABAQUS/Explicit有限元工具,针对金属基复合材料(MMCs)和金属基纳米复合材料(MMNCs)两类材料,分别建立了二维正交切削微观非均质模型,包括各组分的本构模型、断裂模型、摩擦模型、网格划分等方面的研究,以期更好地理解其切削机理和实现工艺优化设计,并通过与实验结果的比较,验证了建模方法的可靠性。在有限元建模中,鉴于MMNCs中纳米颗粒数量众多增加了建模的复杂性,本文基于ABAQUS平台中的Python语言编制了二次开发程序,实现了模型中颗粒的随机分布与团簇现象,提高了建模效率及准确性。模型建立后,分别对两类材料的高速切削过程进行了基于因素分析法的工艺优化设计。参数变量涉及颗粒位置分布、截面、直径、体分比等材料参数和刀具切削速度、切削深度、刀尖圆弧半径等加工参数,通过不同的单因素模型模拟结果的比较,分析了Mises应力分布、切屑形态、加工表面质量和切削力等响应量的变化规律。然后,借助数学统计软件Minitab进行了多因素分析,综合研究了各参数及其耦合作用对加工响应量的影响,定量地得到了各自的显著性水平。此外还建立了切削力回归方程用于切削力预测。以上工作对航空结构复合材料的高速加工工艺优化设计提供了必要的理论依据和技术支撑。