[發(fā)明專利]一種基于切削成像的材料本構(gòu)模型參數(shù)辨識方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110034615.6
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112861318A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張小明;張可;劉杰;李雙全;聶廣超;丁漢
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 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(xué)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(gòu)模型參數(shù)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(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)，得到材料本構(gòu)模型中表征應(yīng)變作用的參數(shù)；

S2對待測材料制成的工件進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，獲得應(yīng)變場、應(yīng)變率場、溫度場和實(shí)際剪切力數(shù)據(jù)；

S3根據(jù)預(yù)設(shè)的本構(gòu)模型中表征應(yīng)變率和溫度作用的參數(shù)初值，本構(gòu)模型中表征應(yīng)變作用的參數(shù)，以及材料應(yīng)變場、應(yīng)變率場、溫度場數(shù)據(jù)計(jì)算得到理論剪切力，根據(jù)理論剪切力和實(shí)際剪切力，對本構(gòu)模型中表征應(yīng)變率和溫度作用的參數(shù)進(jìn)行更新；

S4根據(jù)更新后的本構(gòu)模型中表征應(yīng)變率和溫度作用的參數(shù)，本構(gòu)模型中表征應(yīng)變作用的參數(shù)，以及材料應(yīng)變場、應(yīng)變率場、溫度場數(shù)據(jù)計(jì)算得到理論剪切力，根據(jù)理論剪切力和實(shí)際剪切力，對本構(gòu)模型中表征應(yīng)變率和溫度作用的參數(shù)進(jìn)行更新；

S5重復(fù)S4，直至理論剪切力和實(shí)際剪切力間的誤差小于預(yù)設(shè)的允許誤差，此時(shí)本構(gòu)模型中表征應(yīng)變率和溫度作用的參數(shù)即為所求的本構(gòu)模型中表征應(yīng)變率和溫度作用的參數(shù)，完成材料本構(gòu)模型參數(shù)辨識。

2.如權(quán)利要求1所述的基于切削成像的材料本構(gòu)模型參數(shù)辨識方法，其特征在于，所述S1中對待測材料制成的工件進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)，得到壓縮載荷和壓縮位移間的關(guān)系曲線，根據(jù)該關(guān)系曲線得到應(yīng)力與應(yīng)變間的關(guān)系，進(jìn)而得到材料本構(gòu)模型中表征應(yīng)變作用的參數(shù)。

3.如權(quán)利要求1所述的基于切削成像的材料本構(gòu)模型參數(shù)辨識方法，其特征在于，所述S2中獲得應(yīng)變場、應(yīng)變率場、溫度場和實(shí)際剪切力數(shù)據(jù)，具體包括以下步驟：

S21按預(yù)設(shè)切削參數(shù)對待測材料制成的工件進(jìn)行切削，測力儀(5)和紅外相機(jī)(4)同步分別對切削力和溫度場進(jìn)行測量，并根據(jù)切削力求得對應(yīng)的實(shí)際剪切力，雙幀相機(jī)(3)按預(yù)設(shè)幀間距對切削過程連續(xù)拍攝兩張圖片，根據(jù)該圖片得到位移場；

S22通過紅外相機(jī)(4)和雙幀相機(jī)(3)內(nèi)置時(shí)間，將位移場與同一時(shí)間的溫度場對應(yīng)起來，并根據(jù)位移場求得對應(yīng)的應(yīng)變場和應(yīng)變率場，從而得到應(yīng)變場、應(yīng)變率場、溫度場和實(shí)際剪切力數(shù)據(jù)。

4.如權(quán)利要求3所述的基于切削成像的材料本構(gòu)模型參數(shù)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(shù)，重復(fù)步驟S21和S22數(shù)次，從而得到多組應(yīng)變場、應(yīng)變率場、溫度場和實(shí)際剪切力數(shù)據(jù)。

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

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

7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的基于切削成像的材料本構(gòu)模型參數(shù)辨識方法，其特征在于，所述切削參數(shù)包括切削速度和進(jìn)給量，切削速度為30m/min～210m/min，進(jìn)給量為0.1mm～0.15mm。

8.一種用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述方法的材料本構(gòu)模型參數(shù)辨識系統(tǒng)，其特征在于，包括雙幀相機(jī)(3)、紅外相機(jī)(4)、測力儀(5)、位移精調(diào)平臺(9)、位移粗調(diào)平臺(8)和信號采集模塊(2)，其中：

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

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

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