(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210675197.3 (22)申请日 2022.06.15 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 (72)发明人 唐进元　陈雪林　 (74)专利代理 机构 广州嘉权专利商标事务所有 限公司 4 4205 专利代理师 李峥嵘 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种识别超 声波应力的方法 (57)摘要 本发明公开了一种识别超声波应力的方法， 包括如下步骤： S1， 根据切屑与刀具前刀面的接 触特点， 将切屑分为剪切区域和滑移区域， 并获 得剪切区域与滑移区域的边界A1A2的长度； S2， 根据滑移区域的力平衡关系， 获得剪切区域边界 A1A2的应力； S3， 获得剪切区域边界BC和CA1的应 力； S4， 根据边界A1A2、 BC和CA1的应力获得σx, σy,τxy； S5， 根据剪切区域的能量守恒， 获得剪 切区域的温度T； S6， 获得超声波应力τts。 本发 明建立了超声振动波材料流动应力模 型。 该研究 可为后续航空零件在超声速运动中， 不同应变， 应变率， 温度下声学 特性研究提供方法。 权利要求书2页 说明书9页 附图2页 CN 115169081 A 2022.10.11 CN 115169081 A 1.一种识别超声 波应力的方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1， 根据切屑与刀具前刀面的接触特点， 将切屑分为剪切区域和滑移区域， 并获得剪切 区域与滑 移区域的边界A1A 2的长度 S2， 根据滑 移区域的力平衡关系， 获得剪切区域 边界A1A2的应力； S3， 获得剪切区域 边界BC和CA1的应力； S4， 根据边界A1A 2、 BC和CA1的应力获得σx, σy, τxy； S5， 根据剪切区域的能量守恒， 获得剪切区域的温度T； S6， 获得超声 波应力 τts。 2.根据权利要求1所述的识别超声波应力的方法， 其特征在于： 步骤S2中， 滑移区域对 剪切区域的法向应力与剪切应力分别为： Fσ 3‑1和Fτ3‑1分别为滑 移区域对剪切区域的法向力与切向力； b为切屑宽度。 3.根据权利要求2所述的识别超声波应力的方法， 其特征在于： 切屑剪切区域对滑移区 域施加的法向力与剪切力分别为： 且Fσ 3‑1＝‑Fσ 3； Fτ3‑1＝‑Fτ3 φfi为切削过程中材 料流出剪切角度； Fσ 4、 Fτ4分别为刀具作用在切屑滑移区域的法向力和切向力， αv为刀具前角， Fax和Fay为 刀具用于切屑加速的X方向和Y方向的力； Fσ 3‑1和Fτ3‑1分别为滑移区域对剪切区域的法向力 与切向力。 4.根据权利要求3所述的识别超声波应力的方法， 其特征在于： 其中刀具用于给切屑X 方向和Y方向加速的力分别为： Fax＝ρ bhl2(vsinαv‑vc)vc/2l2； Fay＝ρ bhl2vcosαvvc/2l2； h为切屑厚度， ρ 为工件材料的密度， v为刀具的切削速度， l2为刀具前刀面与切屑滑移区 域的接触长度， vc为切屑的运动速度。 5.根据权利要求1所述的识别超声波应力的方法， 其特征在于， 步骤S4中， 根据剪切区 域单元应力状态， 可获得如下公式： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115169081 A 2其中σ1和 τ1分别剪切区域在边界BC的法向应力与剪切应力； 其中αBC， αA1A2， αCA1分别为截 面BC， A1A2， CA1与X轴的角度， σ3‑1和τ3‑1分别为滑移区域对剪切区域的法向应力与剪切应 力； σx， σy， τxy分别为剪切单 元的x向主应力、 y向主应力和剪切单 元的剪切应力； σ5和 τ5分别为刀具对剪切区域 边界CA1的法向应力与剪切应力。 6.根据权利要求5所述的识别超声波应力的方法， 其特征在于： 步骤S5中， 剪切区域的 温度T的关系式如下： Tr为室温°， ηe为超声能量， Fs， v超声振动切削中剪切力， vs为剪切面的剪切速度， ΔT为 温升， Cs为工件材料的比热容， G为剪切模量， ρ 为材料的密度， U为材料 内特定质点的速度， c 为声音在介质内的传递速度， ξ为变形距离， LBC为边界BC的长度， LA1A2为边界A1A2的长度， l1 为刀具前刀面与切屑剪切区域的接触长度。 7.根据权利要求1所述的识别超声波应力的方法， 其特征在于， 边界A1A2 的长度 按如下关系式求得： hv为超声加工时切削中未变形的切屑厚度， φv为剪切角度， αv为刀具前角， π 为圆周率。 8.根据权利要求1所述的识别超声 波应力的方法， 其特 征在于： τts＝ τxy‑τBC， τxy为剪切区域的剪切单 元的剪切应力， τBC为流入边界BC的剪切单 元的剪切应力； Tm， Tr， Eu， εv1分别为材料的融点， 室温， 超声振动能量密度， 应变率， 应变， 为参 考应变率， A1为材料的屈服强度， T1为只考虑超声振动引起的切削参数及切削过程变化的 剪切区域的温度， B1为材料的硬化模量， C材料热软化影响的系数； n1为考虑超声振动引起 切削参数， 切削过程量变化， 超声振动波影响的材料硬化系数； m2为考虑超声振动引起切削 参数， 切削过程 量变化， 超声振动波影响的应 变率硬化系数。 9.根据权利要求1所述的识别超声波应力的方法， 其特征在于： 还包括步骤S7， 获得超 声振动对材 料的热软化系数、 应 变率硬化系数、 和材 料硬化系数的影响。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115169081 A 3