一种基于模型逆辨识的材料吸收率标定方法

技术特征：
1.一种基于模型逆辨识的材料吸收率标定方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：采用不同的工艺参数开展激光加热试验，采集各工艺参数下的工件内部温度信号，即获得各工艺参数下的实测温度；s2：建立激光加热过程的工件温度理论模型；s3：采用步骤s2中建立的理论模型对步骤s1中各工艺参数下的工件内部研究点温度进行预测，即获得各工艺参数下的预测温度，通过比较预测温度与实测温度，反求各工艺参数下的材料吸收率；s4：根据步骤s3中获得的各工艺参数下的材料吸收率数据，使用粒子群优化算法拟合材料吸收率与工艺参数的映射关系。2.根据权利要求1所述的一种基于模型逆辨识的材料吸收率标定方法，其特征在于：所述s1使用快速响应热电偶实时采集激光加热过程的工件内部温度信号，为减小测量误差，每组激光加热试验均重复多次，并将多次试验所测峰值温度的均值作为实测数据：式中，n为每组激光加热试验的重复次数，t
i
为第i次重复试验所测的温度信号。3.根据权利要求1所述的一种基于模型逆辨识的材料吸收率标定方法，其特征在于：所述s2采用热源离散与温度叠加的方法对激光加热过程的工件温度进行建模，离散后的各激光热源微元近似为作用于半无限介质上的移动点热源，理论模型表示如下：式中，α、λ和κ分别为工件材料的吸收率、热导率和热扩散率，q为激光热源微元的热流密度，x
′
、y
′
为激光热源微元的坐标，s和p分别为工件内部研究点与激光热源微元的空间距离和激光束移动方向上的坐标差值，u为激光束的移动速度，t
e
为环境温度。4.根据权利要求1所述的一种基于模型逆辨识的材料吸收率标定方法，其特征在于：所述s3的具体步骤如下：s301：给定材料吸收率初值，采用步骤s2中建立的理论模型对步骤s1中任意一组工艺参数下的工件内部研究点温度进行预测，获得预测峰值温度；s302：将预测峰值温度与步骤s1中获得的实测数据进行比较，根据比较结果调整材料吸收率；s303：重复步骤s301至s302，直到工件内部研究点的预测峰值温度与实测数据之间的相对误差小于0.1％；s304：改变工艺参数，重复步骤s301至s303，获得各工艺参数下的材料吸收率数据。5.根据权利要求1所述的一种基于模型逆辨识的材料吸收率标定方法，其特征在于：所述s4中材料吸收率与工艺参数的映射关系表示如下：式中，p为激光功率，b0、b1、b2和b3为常系数。6.根据权利要求5所述的一种基于模型逆辨识的材料吸收率标定方法，其特征在于：所
述s4中使用粒子群优化算法对材料吸收率与工艺参数的映射关系进行拟合，目标函数表示如下：式中，α
p
为通过如权利要求5所述的映射关系计算的材料吸收率，α
m
为步骤s3中反求的材料吸收率，m为步骤s1中激光加热试验的组数。7.根据权利要求6所述的一种基于模型逆辨识的材料吸收率标定方法，其特征在于：所述s4的具体步骤如下：s401：初始化常系数b0、b1、b2和b3；s402：通过如权利要求5所述的映射关系计算步骤s1中各工艺参数下的材料吸收率α
p
；s403：比较α
p
与α
m
，若α
p
与α
m
相对误差的平方和e不小于10-3
，则更新常系数b0、b1、b2和b3；s404：重复步骤s402至s403，直到e小于10-3
，输出常系数b0、b1、b2和b3的最终拟合数值。8.根据权利要求7所述的一种基于模型逆辨识的材料吸收率标定方法，其特征在于：所述步骤s404中常系数b0、b1、b2和b3的最终拟合数值分别为-0.047、-0.14、-0.4309和0.0527。

技术总结
本发明涉及一种基于模型逆辨识的材料吸收率标定方法，包括以下步骤：S1：采用不同的工艺参数开展激光加热试验，采集各工艺参数下的工件内部温度信号；S2：建立激光加热过程的工件温度理论模型；S3：结合激光加热试验的实测温度数据，使用工件温度理论模型反求各工艺参数下的材料吸收率；S4：使用粒子群优化算法拟合材料吸收率与工艺参数的映射关系。本发明基于模型逆辨识方法实现对材料吸收率的标定，为不同工艺参数下的激光辅助加工过程仿真提供准确的输入参数。准确的输入参数。准确的输入参数。


技术研发人员：曾浩浩 杜鹏乐
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：2022.06.10
技术公布日：2022/9/6