一种识别超声波应力的方法技术

本发明专利技术公开了一种识别超声波应力的方法，包括如下步骤：S1，根据切屑与刀具前刀面的接触特点，将切屑分为剪切区域和滑移区域，并获得剪切区域与滑移区域的边界A1A2的长度；S2，根据滑移区域的力平衡关系，获得剪切区域边界A1A2的应力；S3，获得剪切区域边界BC和CA1的应力；S4，根据边界A1A2、BC和CA1的应力获得σ

【技术实现步骤摘要】
一种识别超声波应力的方法


[0001]本专利技术涉及机加工领域，特别是涉及一种识别超声波应力的方法。

技术介绍

[0002]超声波应力是材料声学特性的一个重要参数。基于作者的研究，超声振动波对材料应力影响有一些理论模型，但是其均是基于声学理论及实验，尚未见到从超声切削角度建立超声振动波对材料流动影响的理论模型与识别方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种识别超声波应力的方法。
[0004]根据本专利技术的第一方面实施例的一种识别超声波应力的方法，包括如下步骤：
[0005]S1，根据切屑与刀具前刀面的接触特点，将切屑分为剪切区域和滑移区域，并获得剪切区域与滑移区域的边界A1A2的长度
[0006]S2，根据滑移区域的力平衡关系，获得剪切区域边界A1A2的应力；
[0007]S3，获得剪切区域边界BC和CA1的应力；
[0008]S4，根据边界A1A2、BC和CA1的应力获得σ
x
,σ
y
,τ
xy
；
[0009]S5，根据剪切区域的能量守恒，获得剪切区域的温度T；
[0010]S6，获得超声波应力τ
ts
。
[0011]根据本专利技术实施例的一种识别超声波应力的方法，至少具有如下技术效果：本专利技术基于超声振动引起切削过程瞬态特征量、切削变形、声软化、热软化的影响，从中识别超声振动波对材料流动应力的影响，建立了超声振动波材料流动应力模型。该研究可为后续航空零件在超声速运动中，不同应变，应变率，温度下声学特性研究提供方法。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，步骤S2中，滑移区域对剪切区域的法向应力与剪切应力分别为：
[0013][0014][0015]F
σ3
‑1和F
τ3
‑1分别为滑移区域对剪切区域的法向力与切向力；b为切屑宽度。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，切屑剪切区域对滑移区域施加的法向力与剪切力分别为：
[0017][0018][0019]且F
σ3
‑1＝
‑
F
σ3
；
[0020]F
τ3
‑1＝
‑
F
τ3
[0021]φ
fi
为切削过程中材料流出剪切角度；
[0022]F
σ4
、F
τ4
分别为刀具作用在切屑滑移区域的法向力和切向力，α
v
为刀具前角，F
ax
和F
ay
为刀具用于切屑加速的X方向和Y方向的力；F
σ3
‑1和
[0023]F
τ3
‑1分别为滑移区域对剪切区域的法向力与切向力。
[0024]在本专利技术的一些实施例中，其中刀具用于给切屑X方向和Y方向加速的力分别为：
[0025]F
ax
＝ρbhl2(vsinα
v
‑
v
c
)v
c
/2l2；
[0026]F
ay
＝ρbhl2vcosα
v
v
c
/2l2；
[0027]h为切屑厚度，ρ为工件材料的密度，v为刀具的切削速度，l2为刀具前刀面与切屑滑移区域的接触长度，v
c
为切屑的运动速度。
[0028]在本专利技术的一些实施例中，步骤S4中，根据剪切区域单元应力状态，可获得如下公式：
[0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035]其中σ1和τ1分别剪切区域在边界BC的法向应力与剪切应力；其中α
BC
，α
A1A2
，α
CA1
分别为截面BC，A1A2，CA1与X轴的角度，σ3‑1和τ3‑1分别为滑移区域对剪切区域的法向应力与剪切应力；σ
x
,σ
y
,τ
xy
分别为剪切单元的x向主应力、y向主应力和剪切单元的剪切应力σ5和τ5分别为刀具对剪切区域边界CA1的法向应力与剪切应力。
[0036]在本专利技术的一些实施例中，步骤S5中，剪切区域的温度T的关系式如下：
[0037][0038]T
r
为室温
°
，η
e
为超声能量，F
s,v
超声振动切削中剪切力，v
s
为剪切面的剪切速度，ΔT为温升，C
s
为工件材料的比热容，G为剪切模量，ρ为材料的密度，U为材料内特定质点的速度，c为声音在介质内的传递速度，ξ为变形距离，L
BC
为边界BC的长度，L
A1A2
为边界A1A2的长度，l1为刀具前刀面与切屑剪切区域的接触长度。
[0039]在本专利技术的一些实施例中，边界A1A2的长度按如下关系式求得：
[0040][0041]h
v
为超声加工时切削中未变形的切屑厚度，φ
v
为剪切角度，α
v
为刀具前角，π为圆周率。
[0042]在本专利技术的一些实施例中，τ
ts
＝τ
xy
‑
τ
BC
，τ
xy
为剪切区域的剪切单元的剪切应力，τ
BC
为流入边界BC的剪切单元的剪切应力；
[0043][0044]T
m
，T
r
，E
u
，ε
v1
分别为材料的融点，室温,超声振动能量密度,应变率,应变，为参考应变率。A1为材料的屈服强度，T1为只考虑超声振动引起的切削参数及切削过程变化的剪切区域的温度，B1为材料的硬化模量，C材料热软化影响的系数；n1为考虑超声振动引起切削参数，切削过程量变化，超声振动波影响的材料硬化系数；m2为考虑超声振动引起切削参数，切削过程量变化，超声振动波影响的应变率硬化系数。
[0045]在本专利技术的一些实施例中，还包括步骤S7，获得超声振动对材料的热软化系数、应变率硬化系数、和材料硬化系数的影响。
[0046]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0047]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0048]图1是切屑、工件、刀具间接触区域示意图；
[0049]图2是切屑的滑移区域受力图；
[0050]图3是切屑的剪切区域受力图；
[0051]图4是切屑的剪切区域单元应力状态图。
具体实施方式
[0052]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种识别超声波应力的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，根据切屑与刀具前刀面的接触特点，将切屑分为剪切区域和滑移区域，并获得剪切区域与滑移区域的边界A1A2的长度S2，根据滑移区域的力平衡关系，获得剪切区域边界A1A2的应力；S3，获得剪切区域边界BC和CA1的应力；S4，根据边界A1A2、BC和CA1的应力获得σ
x
,σ
y
,τ
xy
；S5，根据剪切区域的能量守恒，获得剪切区域的温度T；S6，获得超声波应力τ
ts
。2.根据权利要求1所述的识别超声波应力的方法，其特征在于：步骤S2中，滑移区域对剪切区域的法向应力与剪切应力分别为：剪切区域的法向应力与剪切应力分别为：F
σ3
‑1和F
τ3
‑1分别为滑移区域对剪切区域的法向力与切向力；b为切屑宽度。3.根据权利要求2所述的识别超声波应力的方法，其特征在于：切屑剪切区域对滑移区域施加的法向力与剪切力分别为：域施加的法向力与剪切力分别为：且F
σ3
‑1＝
‑
F
σ3
；F
τ3
‑1＝
‑
F
τ3
φ
fi
为切削过程中材料流出剪切角度；F
σ4
、F
τ4
分别为刀具作用在切屑滑移区域的法向力和切向力，α
v
为刀具前角，F
ax
和F
ay
为刀具用于切屑加速的X方向和Y方向的力；F
σ3
‑1和F
τ3
‑1分别为滑移区域对剪切区域的法向力与切向力。4.根据权利要求3所述的识别超声波应力的方法，其特征在于：其中刀具用于给切屑X方向和Y方向加速的力分别为：F
ax
＝ρbhl2(vsinα
v
‑
v
c
)v
c
/2l2；F
ay
＝ρbhl2vcosα
v
v
c
/2l2；h为切屑厚度，ρ为工件材料的密度，v为刀具的切削速度，l2为刀具前刀面与切屑滑移区域的接触长度，v
c
为切屑的运动速度。5.根据权利要求1所述的识别超声波应力的方法，其特征在于，步骤S4中，根据剪切区域单元应力状态，可获得如下公式：域单元应力状态，可获得如下公式：
其中σ1和τ1分别剪...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐进元，陈雪林，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：