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专利号: 2023107197823
申请人: 哈尔滨理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高效铣刀后刀面摩擦应力波传播与衰减特性的解算方法,其特征在于:包括如下步骤:S1、对在铣削过程中产生于高效铣刀刀齿后刀面处的摩擦力,分析由摩擦力引起的作用于刀齿后刀面的摩擦应力波,提出应力波波动方程的解算方法;

S2、解算出高效铣刀刀齿后刀面摩擦应力波传播距离与变化速率的解算方法;

S3、解算出高效铣刀刀齿后刀面摩擦应力波衰减率的解算方法;

S4、对刀齿后刀面的瞬时摩擦应力波的传播与衰减特性进行研究;

其中,应力波波动方程的解算方法为基于一维弦线理论建立铣刀刀齿结构内部质点的波动方程,通过经典力学算法求解质点所受的合外力,对刀齿结构内部质点进行运动学和受力状态分析;为了避免混淆,这里给出u=u(x,t)其中的含义,u表示质点处于平衡状态时的位移,其中x表示为波阵面上质点所处在的瞬时时刻的位置;当在刀齿中应力波传播过程中,此时材料的位移是伴随位置和时间的函数,此时有:ux=ux(x,t),uy=uz=0;

质点在外载荷作用下所受的合外力分为使质点产生运动的作用力FD以及介质发生形变所形成的应力ΔF;

FD=fA f=q2'(t)‑σ12;

质点在弦线系统中所受的惯性力为:

由此可获得质点的波动方程如下:

质点实数域应力表达式如下:

以上式中E为杨氏模量;L/(k‑1)为相邻质点间的距离;f为质点所受应力代数和;A为弦线质点所在截面的截面积;

所述高效铣刀刀齿后刀面摩擦应力波传播距离与变化速率的解算方法如下:利用拉式变换把应力表达式在实数域和复数域之间进行变换与反变换,求波动方程的复数域变换形式下式:对于二阶线性非齐次常微分方程求解先求对应齐次方程的通解,如下式:再对非齐次线性常微分方程的特解进行求解如式,如下式:获得在上式复数域下的波动方程的通解式:

对应力位移关系式进行拉式变换,建立复数域下位移与应力的关系如下:将复数域下的波动方程的通解带入应力—位移关系转化为应力的通解,再利用上式边界条件即可求出通解中各项系数,为此建立出复数域下应力解析表达式如下:上式为应力表达式在复数域内表达,需进行Laplace反变换把复数域内的应力表达式转换到实数域内;这里利用单位阶跃函数的切除功能来实现延迟效应如下式所示:‑sτ

Γ[f(t‑τ)u(t‑τ)]=e F(s);

根据上述条件便可获得复数域向实数域转换后的应力表达式:对于应力波过程中波阵面的运动位置通过对质点所处位置对于时间的求导来求解如下式:式中:C为弹性纵波的波速;x为波阵面随时间变化的空间位置;

在对于划定了限定范围后,确定给出刀齿后刀面摩擦区域内四个特征点的选取位置;

通过对建立高效铣刀刀齿后刀面摩擦区域内应力波的波动方程进行解算,并对四个特征点的应力波位置处分别进行解算;

对应齐次方程的通解式分解为以下三个算式:

2.根据权利要求1所述的一种高效铣刀后刀面摩擦应力波传播与衰减特性的解算方法,其特征在于:所述高效铣刀刀齿后刀面摩擦应力波衰减率的解算方法:为分析不同时间对应力波影响程度通过计算应力波传播的衰减系数作为研究方法,其解算方法如式:两边取对数有:

由此可得衰减系数λs的表达式如式所示:

式中;σ0为初始应力幅值;σ为在应力波达到峰值后的任一位置xΔ处的应力幅值,l=CT/

2,即两波峰或波谷之间的水平距离。

3.根据权利要求2所述的一种高效铣刀后刀面摩擦应力波传播与衰减特性的解算方法,其特征在于:所述应力波传播曲线的衰减过程中呈现动态变化是受应力波特征以及材料属性两部分因素的影响,其中,应力波特征为离散、衍射或波导效应,材料属性包括材料内摩擦和吸收,材料内摩擦和吸收与材料的固有属性密切相关。

4.根据权利要求3所述的一种高效铣刀后刀面摩擦应力波传播与衰减特性的解算方法,其特征在于:应力波传播导致材料内部结构发生位移而产生的内摩擦损耗,应力波在传播过程中,会引起材料内部结构和粒界的滑移和位移,从而消耗部分能量,由此出应力波传播的衰减系数随传播距离的变化特性如式所示:式中:a与b为与应力波特征有关的系数;C为常数。