[發明專利]一種基于切削成像的材料本構模型參數辨識方法及系統

在審

• 申請號: 202110034615.6
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112861318A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 張小明;張可;劉杰;李雙全;聶廣超;丁漢
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T7/00;G06F119/14;G06F113/26
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;李智

1.一種基于切削成像的材料本構模型參數辨識方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1對待測材料制成的工件進行準靜態壓縮實驗，得到材料本構模型中表征應變作用的參數；

S2對待測材料制成的工件進行切削實驗，獲得應變場、應變率場、溫度場和實際剪切力數據；

S3根據預設的本構模型中表征應變率和溫度作用的參數初值，本構模型中表征應變作用的參數，以及材料應變場、應變率場、溫度場數據計算得到理論剪切力，根據理論剪切力和實際剪切力，對本構模型中表征應變率和溫度作用的參數進行更新；

S4根據更新后的本構模型中表征應變率和溫度作用的參數，本構模型中表征應變作用的參數，以及材料應變場、應變率場、溫度場數據計算得到理論剪切力，根據理論剪切力和實際剪切力，對本構模型中表征應變率和溫度作用的參數進行更新；

S5重復S4，直至理論剪切力和實際剪切力間的誤差小于預設的允許誤差，此時本構模型中表征應變率和溫度作用的參數即為所求的本構模型中表征應變率和溫度作用的參數，完成材料本構模型參數辨識。

2.如權利要求1所述的基于切削成像的材料本構模型參數辨識方法，其特征在于，所述S1中對待測材料制成的工件進行準靜態壓縮實驗，得到壓縮載荷和壓縮位移間的關系曲線，根據該關系曲線得到應力與應變間的關系，進而得到材料本構模型中表征應變作用的參數。

3.如權利要求1所述的基于切削成像的材料本構模型參數辨識方法，其特征在于，所述S2中獲得應變場、應變率場、溫度場和實際剪切力數據，具體包括以下步驟：

S21按預設切削參數對待測材料制成的工件進行切削，測力儀(5)和紅外相機(4)同步分別對切削力和溫度場進行測量，并根據切削力求得對應的實際剪切力，雙幀相機(3)按預設幀間距對切削過程連續拍攝兩張圖片，根據該圖片得到位移場；

S22通過紅外相機(4)和雙幀相機(3)內置時間，將位移場與同一時間的溫度場對應起來，并根據位移場求得對應的應變場和應變率場，從而得到應變場、應變率場、溫度場和實際剪切力數據。

4.如權利要求3所述的基于切削成像的材料本構模型參數辨識方法，其特征在于，所述S2還包括如下步驟：S23改變切削參數，重復步驟S21和S22數次，從而得到多組應變場、應變率場、溫度場和實際剪切力數據。

5.如權利要求3所述的基于切削成像的材料本構模型參數辨識方法，其特征在于，所述S21中，通過數字圖像相關法對雙幀相機(3)拍攝的兩張圖片進行處理得到位移場。

6.如權利要求3所述的基于切削成像的材料本構模型參數辨識方法，其特征在于，所述待測材料制成的工件優選為片狀，并在工件的紅外相機(4)觀察面進行噴漆處理，在工件的雙幀相機(3)觀察面進行噴砂處理。

7.如權利要求1-6任一項所述的基于切削成像的材料本構模型參數辨識方法，其特征在于，所述切削參數包括切削速度和進給量，切削速度為30m/min～210m/min，進給量為0.1mm～0.15mm。

8.一種用于實現如權利要求1-7任一項所述方法的材料本構模型參數辨識系統，其特征在于，包括雙幀相機(3)、紅外相機(4)、測力儀(5)、位移精調平臺(9)、位移粗調平臺(8)和信號采集模塊(2)，其中：

所述雙幀相機(3)通過所述位移精調平臺(9)安裝在所述位移粗調平臺(8)上，其用于對切削過程進行拍攝以獲取應變場、應變率場數據；所述紅外相機(4)安裝在所述位移粗調平臺(8)上，其用于獲取溫度場數據；所述測力儀(5)用于獲取實際剪切力數據；所述信號采集模塊(2)與所述雙幀相機(3)、紅外相機(4)和測力儀(5)均相連，用于收集雙幀相機(3)、紅外相機(4)和測力儀(5)獲取的數據。

9.如權利要求8所述的材料本構模型參數辨識系統，其特征在于，該系統還包括激光光源(6)，該激光光源(6)用于在所述雙幀相機(3)拍攝時提供光源。

10.如權利要求8所述的材料本構模型參數辨識系統，其特征在于，該系統還包括位置傳感器(7)和信號同步觸發模塊(1)，所述位置傳感器(7)用于獲取工件切削進度并傳遞給所述信號同步觸發模塊(1)，所述信號同步觸發模塊(1)根據切削進度控制所述雙幀相機(3)、紅外相機(4)和測力儀(5)工作。