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

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110034615.6
• 申請(qǐng)日: 2021-01-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112861318A
• 公開(kāi)（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(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06T7/00;G06F119/14;G06F113/26
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 孔娜;李智

本發(fā)明屬于金屬切削加工領(lǐng)域，并具體公開(kāi)了一種基于切削成像的材料本構(gòu)模型參數(shù)辨識(shí)方法及系統(tǒng)，包括S1對(duì)工件進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)，得到本構(gòu)模型中表征應(yīng)變作用的參數(shù)；S2對(duì)工件進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，基于成像方法獲得應(yīng)變場(chǎng)、應(yīng)變率場(chǎng)、溫度場(chǎng)并測(cè)得實(shí)際剪切力；S3根據(jù)預(yù)設(shè)本構(gòu)模型中表征應(yīng)變率和溫度作用的參數(shù)初值、表征應(yīng)變作用的參數(shù)和應(yīng)變場(chǎng)、應(yīng)變率場(chǎng)、溫度場(chǎng)計(jì)算理論剪切力，根據(jù)理論剪切力和實(shí)際剪切力，對(duì)表征應(yīng)變率和溫度作用的參數(shù)進(jìn)行迭代更新，直至理論剪切力和實(shí)際剪切力間誤差小于預(yù)設(shè)值，完成本構(gòu)模型參數(shù)辨識(shí)。該方法數(shù)據(jù)完全來(lái)源于真實(shí)切削實(shí)驗(yàn)，辨識(shí)的本構(gòu)模型參數(shù)結(jié)果準(zhǔn)確、適用范圍廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬切削加工領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于切削成像的材料本構(gòu)模型參數(shù)辨識(shí)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

金屬切削加工成型零件的質(zhì)量通過(guò)其表面完整性來(lái)進(jìn)行衡量。表面完整性是對(duì)加工表面的狀態(tài)和屬性以及其與功能、性能之間關(guān)系的描述，最早在20世紀(jì)50年代初就有人開(kāi)始研究，并在接下來(lái)的幾十年里受到越來(lái)越多的關(guān)注，如今國(guó)際生產(chǎn)工程科學(xué)院(TheInternational Academy for Production Engineering,CIRP)兩年一度召開(kāi)國(guó)際會(huì)議對(duì)其進(jìn)行討論，同時(shí)眾多企業(yè)也相應(yīng)對(duì)零件加工完成后的表面完整性，例如殘余應(yīng)力提出了嚴(yán)格的要求。在近年，由CIRP幾位前主席提出，直接影響表面完整性的是在在切削過(guò)程中間的一些物理量，例如應(yīng)變、應(yīng)變率和溫度等。描述切削過(guò)程中的物理量通常使用本構(gòu)模型，本構(gòu)模型描述應(yīng)力σ與應(yīng)變?chǔ)?、?yīng)變率溫度T之間的關(guān)系，寫(xiě)作確定準(zhǔn)確的本構(gòu)參數(shù)是準(zhǔn)確描述切削過(guò)程的前提。

有研究者通過(guò)一些標(biāo)準(zhǔn)材料測(cè)試辨識(shí)本構(gòu)參數(shù)，但是在實(shí)際切削過(guò)程中，材料發(fā)生的應(yīng)變與應(yīng)變率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出這些測(cè)試所能達(dá)到的值；也有人通過(guò)一些理論切削模型，如Oxley切削分析模型，或是通過(guò)有限元仿真模擬切削過(guò)程來(lái)進(jìn)行辨識(shí)，但是模型都是對(duì)實(shí)際情況的簡(jiǎn)化，而且在如今復(fù)合材料使用越來(lái)越多，分析需要考慮到的一些材料特性并不容易獲取。

隨著相機(jī)的性能越來(lái)越優(yōu)秀，相應(yīng)的數(shù)字圖像處理相關(guān)(DIC，Digital ImagingCorrelation)技術(shù)也越來(lái)越成熟。該技術(shù)本質(zhì)上是對(duì)物體表面的像素特征點(diǎn)進(jìn)行追蹤與匹配，從而得到其表面的位移矢量場(chǎng)。早先，研究者在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)中借助用DIC技術(shù)觀察材料的變形情況，如今也通過(guò)DIC進(jìn)行切削機(jī)理的研究。通過(guò)成像的手段可以觀察到實(shí)際切削過(guò)程，觀察切屑與工件基體的分離過(guò)程，對(duì)整個(gè)切削加工過(guò)程有更直觀的了解，并且可以從圖中直接獲得到剪切角、切屑-刀具接觸長(zhǎng)度等本來(lái)需要通過(guò)復(fù)雜的模型計(jì)算獲得的量。而在獲得位移場(chǎng)后，能進(jìn)一步的計(jì)算出應(yīng)變場(chǎng)與應(yīng)變率場(chǎng)，這是直接在切削過(guò)程中獲得的，與實(shí)際情況高度匹配。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于切削成像的材料本構(gòu)模型參數(shù)辨識(shí)方法及系統(tǒng)，其目的在于，通過(guò)切削實(shí)驗(yàn)獲得應(yīng)變場(chǎng)、應(yīng)變率場(chǎng)、溫度場(chǎng)和實(shí)際剪切力數(shù)據(jù)，根據(jù)應(yīng)變場(chǎng)、應(yīng)變率場(chǎng)、溫度場(chǎng)代入本構(gòu)模型計(jì)算理論剪切力，并將其與實(shí)際剪切力對(duì)比，不斷迭代完成本構(gòu)模型參數(shù)辨識(shí)，辨識(shí)參數(shù)結(jié)果準(zhǔn)確、適用范圍廣。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種基于切削成像的材料本構(gòu)模型參數(shù)辨識(shí)方法，包括如下步驟：

S1對(duì)待測(cè)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(duì)待測(cè)材料制成的工件進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，獲得應(yīng)變場(chǎng)、應(yīng)變率場(chǎng)、溫度場(chǎng)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(chǎng)、應(yīng)變率場(chǎng)、溫度場(chǎng)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(duì)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(chǎng)、應(yīng)變率場(chǎng)、溫度場(chǎng)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(duì)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；