1.2.3压电效应的原理
压电效应的原理是,如果对压电材料施加压力,它便会产生电位差(称之为正压电效应),反之施加电压,则产生机械应力(称为逆压电效应)。如果压力是一种高频震动,则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时,则产生高频声信号(机械震动),这就是我们平常所说的超声波信号。也就是说,压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能,这种相互对应的关系确实非常有意思。
压电材料可以因机械变形产生电场,也可以因电场作用产生机械变形,这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。例如,压电材料已被用来制作智能结构,此类结构除具有自承载能力外,还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能,在未来的飞行器设计中占有重要的地位。
1.2.4钻削测力仪的研究现状
随着科技的进步,建立预报钻削力模型的方法也在不断发展。1997年,Islam A U和Liu M C提出了用人工神经网络预报群钻轴向力和扭矩的方法,其训练用数据直接从文献资料中提取。2001年Kawaji S等人也提出了一种用神经网络模型估计和控制钻削轴向力的方法:①离线构建一个轴向力神经网络模型;②以该模型为基础,通过在线最小二乘法训练,建立一个模拟神经控制器;③将经过训练的神经控制器应用于钻削系统,得到轴向力。1999年,Chen Y应用有限元方法分析具有刃口圆弧半径刀具的斜角切削过程,建立了一个用有限次任意刃形钻头标定的任意刃形钻头钻削力模型。2004年,Strenkowski J S等人用一个欧拉有限单元模型模拟组成切削刃的单元刀具的切削力,提出了用有限元技术预报麻花钻轴向力和扭矩的方法。2002年,Yang J A等人提出了一种用I-DEAS CAE软件系统实现的钻削过程仿真模型,可以预报动态钻削力。
1.2.5 测力仪的数学模型和频率特征分析
压电式测力仪,从动力学观点可以把它视为单质点振动系统,是由一个质量m,弹簧K和阻尼器c组成的等效系统,如图4所示基本模型,其上作用着按正弦函数变化的切削力
式中F0 为切削力的幅值,N;ω为切削力变动角频率,rad/s。此时,作用在模型上的力的平衡方程式为
式中 m为等效质量c为弹性系数。
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