[发明专利]一种面向高速切削加工的复合材料塑性本构建模方法

说明书

本发明公开了一种面向高速切削加工的复合材料塑性本构建模方法，包括以下步骤：步骤一、基于复合材料自洽模型建立复合材料未发生增强相断裂失效的塑性本构模型，步骤二、根据改进的Weibull最弱链模型建立复合材料发生增强相断裂的塑性本构模型，步骤三、根据复合材料混合定律，建立不同权重的含增强相损伤断裂和不含增强相损伤断裂的塑性本构模型。实现一种通用的面向高速切削加工的复合材料塑性本构建模，而所建立的该通用的面向高速切削加工的复合材料塑性本构模型可应用于铣削加工、钻削加工、车削加工、磨削加工、镗削加工、刨削加工、拉削加工以及高速冲击等领域。

技术领域

本发明属于槽铣削加工技术领域，具体涉及一种面向高速切削加工的复合材料塑性本构建模方法。

背景技术

铣削力关系到切铣削过程中能量消耗和铣削工艺系统的变形，而且对加工表面质量、刀具磨破损等都有直接的影响，是研究高速切削下材料切削性能的一个重要参数，由于高速切削相比于普通切削状态下材料的变形和温度历史有显著的不同，其切削力也呈现不同的变化趋势，在高速切削条件下，加工速率高、升温速度快，导致摩擦系数和流动应力都变小，使得切屑变形系数降低，因此在铣削力的建模中，需要考虑材料变形状态，特别是热力耦合效应，这对于准确预测铣削力是非常重要的。

在以往的铣削力模型中，仅考虑了切削工艺参数、刀具几何参数和一些通过试验确定的切削常量来表征铣削力模型，尽管这在一定程度上能够预测针对特定的材料给出可行的预测精度，但缺乏材料属性相关的内在变量，不具备通用性，在铣削力的建模中，需要考虑材料塑性变形状态，特别是热力耦合效应，这对于准确预测铣削力是非常重要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向高速切削加工的复合材料塑性本构建模方法，以解决现有技术中存在的缺乏材料属性相关的内在变量，不具备通用性的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种面向高速切削加工的复合材料塑性本构建模方法，包括以下步骤：

步骤一、基于复合材料自洽模型建立复合材料未发生增强相断裂失效的塑性本构模型；

(1)

(2)

其中，A、n、B、C、m分别是材料的屈服应力、应变硬化指数、应变硬化系数、应变率敏感性系数、热软化系数，T_m、T_r分别是复合材料熔点、参考温度，为参考应变率，为应变率，为塑性应变，是与体积分数相关的多项式函数，为增强相有效体积分数；

步骤二、根据改进的Weibull最弱链模型建立复合材料发生增强相断裂的塑性本构模型；

根据Weibull最弱链模型确定增强相的损伤失效概率

(3)

由于为材料常数，流动应力本身表示为塑性应变的幂函数形式，在剪切状态下增强相的断裂失效服从Weibull概率模型，将公式（3）进一步变换为

(4)

通过公式(5)确定其变形过程中起到有效增强项的体积分数为

(5)

其中，为未损伤前复合材料的初始增强相的体积分数，为有效增强相体积分数，为损伤体分比，失效增强相体积/初始增强相的体积；

结合公式(4)和公式(5)，推导出增强相有效体积分数

(6)

发生增强相断裂的复合材料塑性本构模型为