切削区应变分析数字图像处理技术及软件开发

发布时间：2021-07-25 18:47

　　传统的金属切削研究方法主要是常规切削实验﹑切削组织晶相观察以及有限元仿真。常规实验方法无法对切削过程中的应力应变等量进行直接的观察与测量,对于已存在的非接触全场应变测量法主要有光弹法,该方法存在实验夹具设计复杂,测量分辨率不高的问题。有限元仿真十分依赖于材料本构参数与边界条件的选择,其结果不具有足够说服力。基于以上原因,本论文搭建了切削成像平台,分别采用双帧相机和高速相机对切削区域进行观察,并通过数字图像相关的方法分析出切削区域速度场、应变场以及应力场,进一步揭示了切屑形成的机理。本论文研究内容主要包括以下三大章节:第二章介绍了数字图像相关算法的详细实现过程,包括各种匹配准则、牛顿高斯迭代算法、局部最优路径搜索。并将五次样条插值应用在DIC算法中,提出了基于散点图的速度场优化算法。该章节所介绍算法应用于后续图像速度场分析部分,并在第四章的软件中对其进行了具体实现。第三章对镍铝青铜正交车削实验结果进行分析,首先设计并构建了高速相机实验平台和双帧相机实验平台,然后分析了不同切削参数下的位移场、切削力。通过位移场计算出亚表层应变分布,从实验角度发现了亚表层应变的指数衰减规律及前刀面的应变分布... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

网格子集变形图

图 3 - 3 双帧相机实验平台双帧相机实验平台如图 3 - 3 所示，整个实验平台在卧式车床上完成，夹具为圆筒形，片状工件通过螺钉锁紧在夹具上，激光导光臂通过磁座固定姿态，刀具安装在测力仪上，切削时刀具沿 X 方向进给，相机最终通过夹具固定在托盘上，因此镜头与刀具保持相对静止。夹具上装有金属铁片，由磁座夹持接近开关。当接近开关接近金属铁片时，多通道信号脉冲发生器开始工作，通过多路延时信号触发激光、相机、测力仪开始工作，保证信号同步。双帧相机是指的在很短的曝光时间间隔拍摄两张图片，从而捕捉到高速运动的物体。本次实验的双帧相机采用德国 PCO 公司的 pixel fly，曝光时间间隔最短可达1 微秒，而第二张图像不控制曝光时间。因此必须要有相应高精度的同步光源，使得激光发射落在相机的曝光时间内。激光具有两路光路信号，每束激光脉冲宽度在纳秒级别，激光控制器共具有四路信号：外部时钟 1、外部调 Q 信号 1、外部时钟

相机：激光：280 s280 s t图 3 - 4 设备工作时序分析图采用 DIC 对工件表面变形进行分析，工件表面必须首先进行打磨，再进行喷涂处理，使工件表面形成随机、均匀而致密的散斑，便于做相关分析。金属表面也存在着自然纹理，但自然纹理分布不均匀，很可能存在局部区域特征过少而导致无法分析的问题。为了形成散斑，可以采用喷墨方式，但墨滴颗粒很难做到小尺寸，因此只能用于比较宏观的观察（例如拉压实验）。本论文实验在高放大倍数下，不适合喷墨方式。基于以上考虑，本次实验采取喷砂处理，通过在工件表面以一定压力喷洒硅粉末，对表面形成散斑。刀具需要磨削观察面至平面，磨削前角和后角至指定角度。

【参考文献】：
期刊论文
[1]镍铝青铜切削加工本构模型参数辨识（英文）[J]. 付中涛,杨文玉,曾思琪,郭步鹏,胡树兵.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(04)
[2]高速切削锯齿形切屑形成机理的研究现状与发展[J]. 杨奇彪,刘战强,苏国胜.  工具技术. 2011(03)
[3]切削力建模方法综述[J]. 胡创国,张定华,任军学,杨蕾.  力学进展. 2006(04)

博士论文
[1]数字图像相关方法及其在材料力学性能测试中的应用[D]. 刘小勇.吉林大学 2012
[2]基于不同刀—屑摩擦模型的金属切削过程动力学研究[D]. 郭建英.太原理工大学 2010



本文编号：3302572