基于双向渐进结构优化法的预成形优化设计研究
发布时间：2021-01-07 17:56
对于难以直接成形的形状复杂锻件,通常需要进行一次或多次预成形才能得到合格的终锻件。预成形设计是锻造工艺设计中最重要,也是最困难的工作。合理的预成形设计是保证锻件具有良好成形质量的关键。随着计算机技术和有限元模拟技术的发展,国内外学者已提出了多种基于成形过程模拟的预成形优化设计方法。在分析各种预成形优化设计方法优缺点的基础上,本文将双向渐进结构优化法应用到锻造成形过程的预成形设计中,提出了一种新的预成形优化设计方法。双向渐进结构优化法是一种新颖的优化方法,最初应用于连续体结构优化设计。它根据一定的增删准则,通过对连续体逐步增加或者删除材料,来获得满足要求的最优结构。金属体积成形预成形优化设计与连续体结构优化设计存在着很大的不同,因而双向渐进结构优化法不能直接应用于预成形优化设计。本文在分析了两者的区别之后,对双向渐进结构优化法进行了改进,提出了基于双向渐进结构优化法的预成形优化设计的具体实现方案和实现流程。根据预成形设计的特点,对优化目标、单元的增删、网格划分、单元增删依据和单元删除位置等内容提出了改进方案。本文详细研究了基于双向渐进结构优化法的预成形优化设计的关键技术,包括目标函数、单...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
减小徽粗件鼓形的预成形优化设计过程门
以终锻件完全填充模腔和锻件变形均匀为预成形优化目标，分别构建??总目标函数和子目标函数，针对Ｈ形锻件进行了预成形优化设计，取得了理想??的预成形优化设计结果，如图１－２所示为针对Ｈ形锻件完全填充模腔的预成形??优化设计结果。］＾３１＾１５］等人提出了一种新的迭代算法，通过减小镦粗鼓形的预成??形优化设计，验证了这种方法具有更好的可靠性。管婧％１７】将灵敏度分析与工程??优化算法相结合，以终锻件晶粒度分布均匀为优化目标，以预成形形状为优化对??象，对锻件的微观组织进行了优化设计，以典型的Ｈ型锻件为例，取得了较好的??优化结果。马新武〃８？］等人通过建立贮存灵敏度刚度矩阵和减少优化设计变量的??方式，针对形状不同的上模具和下模具进行基于灵敏度分析的预成形优化设计，??只需数次优化迭代即可实现目标函数的收敛，证明了该方法具有较高的优化效率，??在实现少无飞边锻造上具有一定的可靠性。为提高整个预成形优化设计过程的智??能化与自动化程度，马新武等人还开发了一款锻造优化设计软件ＤＯＴＦＯＲＧＥ。??图ｉ－
组织为目标，采用小群体规模的微观遗传算法，将热加工过程中的动态再结晶、??静态再结晶、晶粒长大和晶粒尺度变化以数学形式进行表达，针对预成形模具进??行优化设计，最终获得了较理想的结果，如图１－３所示为减小镦粗件鼓形并细化??锻件微观组织的预成形优化设计结果。Ａｌｒｎｎｒｚａｋ＾３４］等人针对非等温条件下三维??航空发动机叶片的锻造问题进行了基于遗传算法的预成形优化设计研究，为减小??锻造飞边、改善应变不均匀性并消除残余应力，对遗传算法进行改进，提出一种??基于模糊成员值的分配方法（Ｆｕｚｚｙ－ｂａｓｅｄ?Ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ?Ｖａｌｕｅ?Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ?Ｍｅｔｈｏｄ）??来实现基于遗传算法的预成形优化设计，利用有限元分析计算与具体实验对预成??形优化设计结果进行验证，证明了预成形优化设计后，非等温锻造条件下的三维??航空发动机叶片的应变不均匀性和残余应力基本被消除且锻造飞边被大幅减小。??ＫｎｕｓｔＰ５］等人提出了一种改进的遗传算法，对三维连杆锻件进行预成形优化设计，??获得了尺寸精度较高且锻造飞边较小的连杆终锻件，并通过编程实现了整个优化??过程的自动运行，如图１－４所示为连杆锻件的预成形优化迭代过程及成形
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于变形均匀的叶片锻造预成形拓扑优化设计[J]. 邵勇,陆彬,任发才,陈军. 上海交通大学学报. 2014(03)
[2]体积成形预成形设计及优化方法的研究与应用[J]. 邵勇,陆彬,陈军,郭平义. 塑性工程学报. 2012(06)
[3]基于双向渐进结构优化的叶片锻件预成形设计[J]. 邵勇,陆彬,陈军,郭平义. 材料科学与工艺. 2012(06)
[4]基于渐进优化的锻造预成形优化设计研究[J]. 邵勇,陆彬,陈军,郭平义. 机械工程学报. 2012(22)
[5]面向钛合金叶片精锻变形均匀预成形设计的三维有限元反向模拟[J]. 高涛,杨合,刘郁丽. 稀有金属材料与工程. 2012(04)
[6]渐进结构优化法（ESO）和双向渐进结构优化法（BESO）的近期发展[J]. 谢亿民,黄晓东,左志豪,唐继武,荣见华. 力学进展. 2011(04)
[7]应用基于FEM和响应面法预成形设计提高航空锻件变形均匀性（英文）[J]. 杨艳慧,刘东,贺子延,罗子健. Chinese Journal of Aeronautics. 2010(02)
[8]基于响应面法（RSM）的锻造预成形多目标优化设计[J]. 杨艳慧,刘东,贺子延,罗子健. 稀有金属材料与工程. 2009(06)
[9]面向微观组织优化的锻造工艺预成形优化设计及实验研究[J]. 王广春,管婧,郭涛,赵国群. 塑性工程学报. 2008(02)
[10]基于有限元灵敏度分析的锻造成形微观组织优化设计[J]. 管婧,王广春,赵国群. 塑性工程学报. 2007(06)
博士论文
[1]复杂形状叶片精密成形的预锻形状拓扑优化算法研究[D]. 邵勇.上海交通大学 2014
[2]锻造成形过程微观组织优化设计方法研究[D]. 管婧.山东大学 2008
硕士论文
[1]基于类等势场法的锻造预成形优化设计研究[D]. 白雪.山东大学 2013
本文编号：2962990
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
减小徽粗件鼓形的预成形优化设计过程门
以终锻件完全填充模腔和锻件变形均匀为预成形优化目标，分别构建??总目标函数和子目标函数，针对Ｈ形锻件进行了预成形优化设计，取得了理想??的预成形优化设计结果，如图１－２所示为针对Ｈ形锻件完全填充模腔的预成形??优化设计结果。］＾３１＾１５］等人提出了一种新的迭代算法，通过减小镦粗鼓形的预成??形优化设计，验证了这种方法具有更好的可靠性。管婧％１７】将灵敏度分析与工程??优化算法相结合，以终锻件晶粒度分布均匀为优化目标，以预成形形状为优化对??象，对锻件的微观组织进行了优化设计，以典型的Ｈ型锻件为例，取得了较好的??优化结果。马新武〃８？］等人通过建立贮存灵敏度刚度矩阵和减少优化设计变量的??方式，针对形状不同的上模具和下模具进行基于灵敏度分析的预成形优化设计，??只需数次优化迭代即可实现目标函数的收敛，证明了该方法具有较高的优化效率，??在实现少无飞边锻造上具有一定的可靠性。为提高整个预成形优化设计过程的智??能化与自动化程度，马新武等人还开发了一款锻造优化设计软件ＤＯＴＦＯＲＧＥ。??图ｉ－
组织为目标，采用小群体规模的微观遗传算法，将热加工过程中的动态再结晶、??静态再结晶、晶粒长大和晶粒尺度变化以数学形式进行表达，针对预成形模具进??行优化设计，最终获得了较理想的结果，如图１－３所示为减小镦粗件鼓形并细化??锻件微观组织的预成形优化设计结果。Ａｌｒｎｎｒｚａｋ＾３４］等人针对非等温条件下三维??航空发动机叶片的锻造问题进行了基于遗传算法的预成形优化设计研究，为减小??锻造飞边、改善应变不均匀性并消除残余应力，对遗传算法进行改进，提出一种??基于模糊成员值的分配方法（Ｆｕｚｚｙ－ｂａｓｅｄ?Ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ?Ｖａｌｕｅ?Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ?Ｍｅｔｈｏｄ）??来实现基于遗传算法的预成形优化设计，利用有限元分析计算与具体实验对预成??形优化设计结果进行验证，证明了预成形优化设计后，非等温锻造条件下的三维??航空发动机叶片的应变不均匀性和残余应力基本被消除且锻造飞边被大幅减小。??ＫｎｕｓｔＰ５］等人提出了一种改进的遗传算法，对三维连杆锻件进行预成形优化设计，??获得了尺寸精度较高且锻造飞边较小的连杆终锻件，并通过编程实现了整个优化??过程的自动运行，如图１－４所示为连杆锻件的预成形优化迭代过程及成形
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于变形均匀的叶片锻造预成形拓扑优化设计[J]. 邵勇,陆彬,任发才,陈军. 上海交通大学学报. 2014(03)
[2]体积成形预成形设计及优化方法的研究与应用[J]. 邵勇,陆彬,陈军,郭平义. 塑性工程学报. 2012(06)
[3]基于双向渐进结构优化的叶片锻件预成形设计[J]. 邵勇,陆彬,陈军,郭平义. 材料科学与工艺. 2012(06)
[4]基于渐进优化的锻造预成形优化设计研究[J]. 邵勇,陆彬,陈军,郭平义. 机械工程学报. 2012(22)
[5]面向钛合金叶片精锻变形均匀预成形设计的三维有限元反向模拟[J]. 高涛,杨合,刘郁丽. 稀有金属材料与工程. 2012(04)
[6]渐进结构优化法（ESO）和双向渐进结构优化法（BESO）的近期发展[J]. 谢亿民,黄晓东,左志豪,唐继武,荣见华. 力学进展. 2011(04)
[7]应用基于FEM和响应面法预成形设计提高航空锻件变形均匀性（英文）[J]. 杨艳慧,刘东,贺子延,罗子健. Chinese Journal of Aeronautics. 2010(02)
[8]基于响应面法（RSM）的锻造预成形多目标优化设计[J]. 杨艳慧,刘东,贺子延,罗子健. 稀有金属材料与工程. 2009(06)
[9]面向微观组织优化的锻造工艺预成形优化设计及实验研究[J]. 王广春,管婧,郭涛,赵国群. 塑性工程学报. 2008(02)
[10]基于有限元灵敏度分析的锻造成形微观组织优化设计[J]. 管婧,王广春,赵国群. 塑性工程学报. 2007(06)
博士论文
[1]复杂形状叶片精密成形的预锻形状拓扑优化算法研究[D]. 邵勇.上海交通大学 2014
[2]锻造成形过程微观组织优化设计方法研究[D]. 管婧.山东大学 2008
硕士论文
[1]基于类等势场法的锻造预成形优化设计研究[D]. 白雪.山东大学 2013
本文编号：2962990
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