[发明专利]一种机理与数据融合的金属切削仿真过程不确定校准方法

说明书

本发明属于铣削加工相关技术领域，并公开了一种机理与数据融合的金属切削仿真过程不确定校准方法。该方法包括下列步骤：S1建立材料JC本构系数与理论剪切流动应力间的映射关系；构建铣削加工实验，以此形成切削参数与实际剪切流动应力的数据集；利用该数据集以及本构系数与理论剪切流动应力间的映射关系计算求解获得JC本构系数，以此实现JC本构系数的校准；S2建立铣削加工仿真模型，然后建立该仿真模型的有限元代理模型；构建有限元仿真实验，以此获得切削参数和摩擦系数与实际切削力一一对应的数据集；利用该数据集与所述有限元代理模型计算获得摩擦系数，以此实现摩擦系数的校准。通过本发明，用于提升仿真模型的精度与效率。

技术领域

本发明属于铣削加工相关技术领域，更具体地，涉及一种机理与数据融合的金属切削仿真过程不确定校准方法。

背景技术

有限元仿真技术广泛应用于加工领域，例如切削力、切削热、残余应力以及加工变形的仿真，其显著降低了实验的成本，具有广泛的工业应用前景。

在金属切削有限元仿真过程中，被切削材料的JC本构系数、刀具-切屑摩擦系数等参数本身存在不确定因素，其设置过程会对最终的仿真结果产生显著的影响。在不同的刀具-材料加工工艺系统中，材料JC本构系数、刀具-切屑摩擦系数并非定值，它们本身会随着切削参数、切削过程的变化而动态地发生变化。目前绝大多数仿真模型中，并未考虑到上述参数内在的不确定因素，往往将上述参数作为定值输入到仿真模型中，从而大大限制了模型的仿真精度。

采用常规的实验手段对模型中存在的不确定因素进行量化，这个过程往往极为费时且昂贵。在小样本工况数据下，如何实现金属切削仿真模型中不确定因素的快速校准，为有限元仿真技术在加工领域的应用带来了不小的挑战。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种机理与数据融合的金属切削仿真过程不确定校准方法，对仿真模型中材料JC本构系数、刀具-切屑摩擦系数等材料物理特性参数中所包含的不确定因素进行校准，以提升模型的预测精度与预测效率。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种机理与数据融合的金属切削仿真过程不确定校准方法，该方法包括下列步骤：

S1 JC本构系数的校准

建立铣削加工中关于JC本构系数α的滑移线场力学机理模型m(α)，并建立材料JC本构系数与理论剪切流动应力间的映射关系；构建铣削加工实验，该铣削加工实验中，该实验中切削参数作为输入，实际切削力作为输出，以此建立切削参数和切削力一一对应的实验数据集Q，利用该实验数据集中的切削力计算相应的实际剪切流动应力，以此形成切削参数与实际剪切流动应力的数据集Q1；利用该数据集Q1以及所述本构系数与理论剪切流动应力间的映射关系计算求解获得JC本构系数，以此实现JC本构系数的校准；

S2摩擦系数的校准

建立铣削加工仿真模型，该仿真模型中滑动摩擦系数和切削参数作为输入，切削力作为输出，然后建立该仿真模型的有限元代理模型；以切削参数和摩擦系数作为输入，实际切削力作为输出构建有限元仿真实验，以此获得切削参数和摩擦系数与实际切削力一一对应的数据集Q2；利用该数据集Q2与所述有限元代理模型计算获得摩擦系数，以此实现摩擦系数的校准。

进一步优选地，在步骤S1中，所述建立材料JC本构系数与理论剪切流动应力间的映射关系按照下列进行：

τ_ref＝m(α)

其中，A、B、C、m以及n为材料JC本构系数，它们共同构成α，ε为剪切面上的等效应变，为等效应变速率，ε₀为参考应变速率，T为剪切面上的温度，T_m为材料的熔点，T_r为室温。

进一步优选地，在步骤S1中，所述利用切削力计算相应的实际剪切流动应力，按照下列关系式进行：