[发明专利]基于装夹力监测的薄壁件残余应力变形感知预测方法

权利要求书

1.一种基于装夹力监测的薄壁件残余应力变形感知预测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、确定装夹力感知位置；在有限元分析软件中，建立零件的有限元模型，对建立的有限元模型赋予材料属性、边界条件，对所述有限元模型划分网格以便得到多个单元，在表层单元按照距加工表面深度施加一个近似的加工残余应力分布，提交有限元分析，预估零件的变形状态；在变形较大的部位施加装夹力感知点；

步骤二、设计装夹方案；设计专用的感知夹具，为便于装夹力感知，将多余约束设计成点约束类型，将压力传感器安装于点约束装夹上；

步骤三、加工感知；按步骤二设计的装夹方案装夹零件，按照给定工况完成零件的加工；在设定的感知时间点记录装夹力的数值；

步骤四、残余应力变形求解；

(a)建立残余应力变形感知预测的数学模型；

感知预测的数学模型表达如下：

S＝f(ΔE) (1)

式中，ΔE为感知向量：不同感知时刻1～m不同感知位置1～n装夹力变化值；定义初始装夹力为E₀＝[e₀₁ e₀₂ … e_0n]，各元素代表初始时刻0感知位置1～n的装夹力，其中各个元素的数值需要通过传感器感知来确定；零件的加工过程相当于给感知系统提供激励，使装夹力变化，定义时刻1的装夹力为E₁＝[e₁₁ e₁₂ … e_1n]，则装夹力变化向量ΔE₁＝E₁-E₀，随着切削过程的进行，新的感知时刻的取定，感知到的装夹力分别为E₂，E₃，…，E_m，对应扩展的装夹力变化向量分别为ΔE₂，ΔE₃，…，ΔE_m，整个切削过程的感知向量即为ΔE＝[ΔE₁ ΔE₂… ΔE_m]^T；

S为感知预测目标向量：不同感知时刻1～m不同感知位置1～n零件残余应力变形向量；目标向量S＝[S₁ S₂ … S_m]^T，各元素代表不同感知时刻零件的残余应力变形量，即在不同感知时刻释放装夹零件不同位置的残余应力变形量；其中S_i＝[S_i1 S_i2 … S_in]代表第i个感知时刻，零件不同位置的残余应力变形值，需要注意的是，各元素取值位置不一定与感知位置对应；

f:ΔE→S为感知向量到目标向量的映射关系；该映射关系通过感知向量求解目标向量，从而实现对残余应力变形的感知预测；该映射关系通过理论推导、有限元仿真或者智能算法手段获得；

(b)感知预测模型的求解；

对于N次超静定装夹系统残余应力变形感知的求解，在不同的多余约束点有以下变形协调方程组：

式中:

e_i代表各多余约束上约束力的变化值；

δ_ij，i＝1,2,3…,n；j＝1,2,3…,n；代表静定结构在e_j＝1单独作用时，沿e_i方向的位移；

Δ_iM代表静定基结构在残余应力单独作用下，沿e_i方向的位移；

由此，便得到了N次超静定装夹结构感知模型的求解公式：

Δ_M＝-δe (3)

式中:

Δ_M＝[Δ_1M Δ_2M Δ_nM]^T；e＝[e₁ e₂ … e_n]；

零件装夹卸载后的残余应力变形等于感知点装夹力变化值的反力单独作用在零件上引起的变形，即得到零件的变形状态；此时的变形状态即为零件装夹卸载后的残余应力变形值。