(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 20221096258 8.3 (22)申请日 2022.08.11 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 李果　卢婉秋　黄树椿　张星宇　 丁水汀　刘晓静　 (74)专利代理 机构 北京天汇航智知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11987 专利代理师 陈陈数 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于切削力和切削温度的车削工件残 余应力优化方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于切削力和切削温度的 车削工件残 余应力优化方法， 属于切削加工技术 领域， 解决了现有技术中车削工件残 余应力优化 方法中预测模型不准确导致的残余应力优化效 果差的问题。 本发明的车削工件残 余应力优化方 法将车刀切削力和车刀切削温度作为残余应力 预测的考虑因素， 进而指导车削工件残余应力优 化， 使得车削工件残余应力的预测过程简单易操 作且结果准确。 此外， 本发明将残余应力的优化 方法首次结合到航空发动机限寿件失效风险分 析流程中， 完善了现有的航空发动机限寿件失效 风险分析体系。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 115392076 A 2022.11.25 CN 115392076 A 1.一种基于切削力和切削温度的车削工件残余应力优化方法， 其特征在于， 包括如下 步骤： 步骤S1， 根据工件实际切削条件， 创建并运行 车削有限元仿真模型； 步骤S2， 工件车削仿真完成后， 提取车刀切削温度、 车刀切削力和工件残余应力的仿真 值； 步骤S3， 基于步骤S2获得的车刀切削温度、 车刀切削力和工件残余应力的仿真值创建 工件残余应力预测模型； 步骤S4， 对工件残余应力预测模型进行显著性检验和拟合优度检验， 判断工件残余应 力预测模型 是否准确； 步骤S5， 基于通过步骤S4检验的工件残余应力预测模型对工件残余应力的预测值进行 优化， 获得工件表面残余应力优化 值， 以及对应的车刀切削温度和车刀切削力的最优值； 步骤S6， 采用有限元仿真， 获得不 考虑工件残余应力的工作状态下工件应力分布； 步骤S7， 按照残余应力影响层厚度， 将工件划分为受残余应力影响的近表面分区和不 受残余应力影响的内部分区， 对近表面分区叠加步骤S5中的工件残余应力优化 值。 2.根据权利要求1所述的车削工件残余应力优化方法， 其特征在于， 步骤S1具体包括： 根据切削环境、 车刀和工件参数进行多组不同切削工况 的车削有限元仿真建模； 并运行有 限元仿真模型。 3.根据权利要求2所述的车削工件残余应力优化方法， 其特征在于， 步骤S2中， 提取步 骤S1中多组不同切削工况的车削稳定阶段的车刀切削温度、 车刀切削力和工件残余应力的 仿真值。 4.根据权利要求3所述的车削工件残余应力优化方法， 其特 征在于， 步骤S3具体包括： 基于步骤S2中的多组车刀切削温度、 车刀切削力和工件残余应力的仿真值， 采用多元 二次多项式回归方法创建工件残余应力预测模型： z＝β0+β1x+β2y+β11x2+β22y2+β12xy； 其中， x为车刀切削温度， y为车刀切削力， z为工件的残余应力预测值， β0、 β1、 β2、 β11、 β22、 β12为预测模型的回归系数， 采用最小二乘法确定 。 5.根据权利要求4所述的车削工件残余应力优化方法， 其特征在于， 步骤S4中的工件残 余应力预测模型显著性检验具体包括： 提出原假设H0和备择假设H1： 如果接受原假设H0， 即认为备择假设H1不成立， 表明回归效果不显著， 工件残余应力预 测模型没有通过显著性检验； 如果拒绝原假设H0， 即认为备择假设H1成立， 表明回归效果显 著， 工件残余应力预测模型通过显著性检验； 采用F检验法判断是否拒绝原假设H0， 构造检验统计量F：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115392076 A 2其中， SSreg为回归平方和， SSres为残差平方和， 为第i组工件残余应力的预测值， xi、 yi 和zi分别为第i组切削工况下切 削稳定阶段的车刀切 削温度、 车刀切削力和工件的残余应 力的仿真值， 为n组工件的残 余应力的仿 真值zi的平均值， i为 1～n的正整数； k为因变量的 个数； F value为统计量F； 检验统计量F服从自由度为(k， n ‑k‑1)的F分布； 获取F分布大于F  value的概率， 即p值， p值计算公式如下： p＝P0{F＞F value} 其中， F为统计量F分布， F  value为统计量F； 选取显著性水平α， 若α 大于或等于p值， 则在显著性水平α 下拒绝原假设H0， 认为备择假 设H1成立， 工件残余应力预测模 型通过显著性检验； 否则， 接受原假设H0， 认为备择假设H1不 成立， 工件残余应力预测模型没有通过显著性检验。 6.根据权利要求5所述的车削工件残余应力优化方法， 其特征在于， 步骤S4中， 因变量 为车刀切削温度和车刀切削力， k ＝2。 7.根据权利要求5 ‑6任一项所述的车削工件残余应力优化方法， 其特征在于， 步骤S4中 的工件残余应力预测模型拟合优度检验具体包括： 在工件残余应力预测模型通过显著性检验的前提下， 进行拟合优度检验： R2称为拟合优度， 计算公式如下： 当R2大于0.9时， 判定 工件残余应力预测模型符合要求。 8.根据权利要求1 ‑4任一项所述的车削工件残余应力优化方法， 其特征在于， 步骤S5以 获得大的残余压应力为优化目标对工件残余应力的预测值进行优化。 9.根据权利要求7所述的切削工件残余应力优化方法， 其特征在于， 步骤S5 中对工件表 面残余应力的预测值的优化具体包括： 对车刀切削温度x和车刀切削力y做出如下约束限制： 其中， xmin， xmax分别为步骤S2中提取的车刀切削温度仿真值的最小值和最大值， Ymin， Ymax分别为步骤S2中提取的车刀切削力仿真值的最小值和最大值； 将步骤S3中的工件残余应力预测模型转 化为如下形式： 其中， ()T代表转置， H、 f分别为经由矩阵变换后的工件残余应力 预测模型中回归系数构成的矩阵和向量； t为由切削温度x和切削力y构成的向量， 即权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115392076 A 3