《高能效銑刀波動力學損傷機理及其多尺度協同設計方法》是依託哈爾濱理工大學，由姜彬擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高能效銑刀波動力學損傷機理及其多尺度協同設計方法
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：姜彬
- 依託單位：哈爾濱理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高速、斷續切削的衝擊載荷作用下，為降低切削能耗而採用輕量化結構和材料的高能效銑刀，其內部能量的傳播存在較大差異，部分質點劇烈振動導致的銑刀損傷已成為制約高速銑削能效大幅度提高的的瓶頸，銑刀損傷行為的科學實質有待揭示。 導致高能效銑刀損傷的能量傳播和質點振動具有波動力學特性，且銑刀損傷在不同時空尺度上的演變過程存在複雜互動作用，對其巨觀失效產生了控制性影響，多尺度關聯是研究高能效銑刀波動力學損傷的關鍵。 目前，研究銑刀多尺度關聯方法，探索銑刀材料結構與性質的本質聯繫，是高能效銑刀設計研究新方向。本申請擬在已有的高速銑刀減振機理和安全性設計方法研究基礎上，研究銑刀波動力學特性與瞬態能效多變性，揭示銑刀損傷形成和演變機理；重點研究銑刀波動力學損傷的跨尺度敏感性與多尺度耦合效應，探明銑刀損傷形成、演變的動因和模型控制參數，提出銑刀多尺度協同設計方法，為研製新型高能效銑刀提供科學依據和設計方法。
結題摘要
利用銑刀瞬態能效分析、評價模型和刀齒瞬時切削行為解算模型，設計出高能效銑刀物理原型；構建了高能效銑刀應力波的波動方程，提出銑刀波陣面求解方法，揭示出應力波在銑刀中的傳播特性，建立了高能效銑刀巨觀層次波動力學損傷行為特徵模型。 建立和最佳化銑刀組件超晶胞模型，提出超晶胞力學特性的驗證方法；利用連續介質和原子的跨尺度耦合模型，獲得了銑刀組件空位、空位團及微孔洞等缺陷萌生、長大、聚合的動因與模型控制參數，建立了銑刀介觀層次波動力學損傷本徵/非本徵模型。 利用原子群集群效應的熵值模型，驗證了銑刀原子群與連續介質運動的耦合匹配關係；依據超晶胞本構關係與強度分布函式變化特性，提出銑刀損傷的跨尺度敏感性識別方法；提出應力波動過程與損傷成核、擴展速率過程的競爭與耦合效應表征方法，揭示出銑刀波動力學損傷演變的本徵/非本徵特性。 揭示出銑刀連續損傷場與損傷數密度關係，利用銑刀構形能量拉格朗日函式，表征銑刀損傷強度和損傷動力學特性；闡明了銑刀巨觀應力波、損傷成核、損傷擴展等三個不同特徵時間尺度與不同物理過程的協同演變與相互競爭機制和能量耗散特性，獲得了銑刀多尺度損傷變數增值的時變特性與互動作用關係，建立了銑刀損傷時空變數動態分布控制方程，揭示出銑刀波動力學損傷演變規律。 建立高能效銑刀功能設計矩陣，採用時間序列法和灰色聚類評估方法，實現了銑刀損傷與能效特徵變數在時間上的拓展；通過功能耦合度量化評估，重構設計矩陣，建立了底層次功能最佳化設計模型，形成高能效銑刀多尺度協同設計方法。 本項目重點解決了高能效銑刀波動力學損傷的跨尺度敏感性、多速率過程的耦合效應等關鍵科學問題，揭示出銑刀波動力學損傷形成與演變的動因與模型控制參數，為高能效銑刀的產品質量綜合設計提供理論依據和技術指導。
