[发明专利]一种基于网格流动差分计算切削过程应变率的方法

说明书

本发明公开了一种基于网格流动差分计算切削过程应变率的方法，包括如下步骤：在待测材料表面加工上网格，某一区域的网格从滑移线开始，经一段时间t的滑移后越过剪切平面同时发生变形，测量网格该段时间内在x方向的长度变化，确定其在x方向的变形；根据网格沿x方向移动的距离以及切屑沿前刀面移动的速度，确定网格经切削变形所用时间，进而计算沿x方向的应变率分布；重复上述过程，计算出沿y方向上的剪切应变率。本发明从流动的角度去认识切削过程，能够更好的研究切削过程各类物理参量的变化规律。

技术领域

本发明涉及一种基于网格流动差分计算切削过程应变率的方法。

背景技术

正确描述材料变形在不同应变率情况下的力学行为，是固体力学的研究内容，塑性材料的切削过程是一个高温、高应变率的大变形过程，正确认识其应变率的变化规律，以及应变率对其他物理参量的影响对认识切削过程十分重要，然而切削过程切削速度快，温度高，使得应变率的测量与观察非常不便。

金属材料在外加载荷超过屈服极限时将发生永久的变形，通常用流动应力表征材料发生塑性变形时的宏观变形阻力，材料的流动应力会随应变率的提高而增大，这就是材料的应变率效应，应变率对屈服应力或一定应变下流动应力的影响，人们已从宏观上得出两类规律：幂函数律和对数律，从而得出两个应变速率敏感指数(m，λ)用来衡量应变率增大时材料的强化倾向，其中m为幂函数应变速率敏感指数，衡量的是材料拟制局部出现缩颈的能力，也就是超塑性能力，宋玉泉等提出了测量m值的方法与规范；λ为对数应变速率敏感指数，用来衡量材料对应变率的敏感程度，郑坚和孙成友研究了这二类指数的联系，提出用应变率跃变法来测量λ值的大小。然而在高应变率下，应变率对材料流动应力的影响和低应变率情况下的不同，Campbell和Ferguson认为对铝、铜、锌、软钢等材料而言，超过某一特定的应变率(约为10³s^-1)后，材料流动应力将与应变率呈线性变化，Li在研究铝合金1100以及Lee等在研究7050铝合金的动态特性时也发现了这种近似线性关系。正是这种线性关系为从流动的角度研究切削过程提供了依据。

高速切削因众多优点被广泛研究，然而切削速度快这一特点也限制了对切削过程的认识。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于网格流动差分计算切削过程应变率的方法，本发明能够从流动的角度去认识切削过程。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于网格流动差分计算切削过程应变率的方法，包括如下步骤：

(1)在待测材料表面加工上网格，某一区域的网格从滑移线开始，经一段时间t的滑移后越过剪切平面同时发生变形，测量网格该段时间内在x方向的长度变化，确定其在x方向的变形；

(2)根据网格在上述时间内沿x方向移动的距离以及切屑沿前刀面移动的速度，确定网格经切削变形所用时间，进而计算沿x方向的应变率分布；

(3)重复上述过程，计算出沿y方向上的剪切应变率。

进一步的，应变率测量的是切屑根部。

进一步的，所述步骤(1)中，加工网格方法采用激光加工至纳米级尺寸。

进一步的，x向为沿前刀面的方向，所述y向为垂直前刀面的方向。

进一步的，所述步骤(1)中，x方向的变形为：

其中，x_n-1为初始时刻网格在x方向的长度，x_n为一段时间后网格在x方向的长度。

x_n和x_n-1的长度由测量相邻两个网格的长度得到。假定切削过程稳定，材料内部材质均匀，从流动的角度看，前一个网格越过剪切面后，后一个网格就会移动到前面网格原来的位置，测量相邻网格的长度变化得到相应的应变。