基于类等势场法和响应面分析的锻造预成形优化设计
发布时间：2021-08-13 15:03
锻造成形是在工程领域应用较为广泛的金属压力加工方法,加工工艺具有高质量和高效率的优点。在锻造生产工艺中,预成形形状对控制材料的流动、型腔的充填以及锻件的成形质量有着至关重要的影响,因此,锻造预成形设计成为锻造设计中控制锻件质量以达到产品性能要求的重要方面。另外,锻造过程中金属的流动复杂难以控制,因而各工步的中间锻件形状也呈多样性,如何从纷繁复杂的预成形形状中选择最合理的形状,成为锻造预成形设计中的难题。传统的预成形设计方法基于“试错法”进行,设计结果难以达到最优。现有的预成形优化方法的研究对象大多为简单的二维模型,优化方法很难推广到三维复杂锻件的预成形优化设计中。类等势场方法是这一种新兴的非优化算法,其基本原理是利用静电场中的等势场分布来模拟金属塑性变形过程中材料的最小变形路径,在锻造预成形设计领域具有广阔的应用前景。本文在基于类等势场方法的轴对称锻件预成形设计方法研究的基础上,重点研究了基于类等势场方法的复杂锻件的预成形优化设计方法,取得了比较满意的成果。本文的主要研究工作包括：研究了类等势场应用于锻造预成形设计的基本原理和方法。进行了锻件和初始毛坯之间的静电场模拟,分析了静电场中等...
【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】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－３静电场分析离散化有限元模型??
为?８６．６３〇／〇。??图３－４刹车毅锻件的型腔充填情况??等效应变是反应材料变形情况的重要指标。图３－５给出了锻造完成后刹车穀??锻件的等效应变等值线分布，除飞边部位外，锻件本身的等效应变范围为??１．１４－３．１１，应变线分布不够均匀，刹车穀的边缘部位应变等值线分布较为密集。??锻件中也的底部应变最小，等效应变值为０．巧７；锻件中也的上部应变最大，应??变达到了?６．３０８。因此，锻件的变形极为不均，容易造成锻件各部分性能的差异??较大。??Ｉ?Ｓｔｒａｉｎ?－?Ｅ杆ｅｃｔｉｖｅ?（ｍｍ／ｍｍ）??ａ?Ａ二?０．１４９??，?己－?１１４??八－屯弟?ｃ＝?２．１３??－＼?Ｊ?Ｇ?＝?６．０８??＆?丫?Ｈ?＝?Ｔ?〇７??Ｉ?＝?８．０６??困３－５刹车穀锻件的等效应变等值线分布图??图３－６给出了刹车穀锻件的等效应力等值线分布图。可Ｌ：Ａ看出，除飞边部分??Ｗ外，锻件的等效应力范围为６８．５ＭＰａ￣２７３ＭＰａ，最大应力出现在飞边部位，??等效应力为３７０．％９ＭＰａ。刹车穀中也部位产生了较大的应力集中
＾２００ｘ８８ｍｍ。选择刹车毅锻件的外轮廓作为静电场分析的终了形状。将初始巧??料放大３倍，然后将刹车穀锻件放在其内部的中也位置，这样就可Ｗ在两个模型??之间的封闭区域形成完整的电场，如图３－９所示。??０７〇ｎ??２３５０???＾—ｉ＾???！???巧料ＩＶ?ｉ??Ｉ??。?Ｉ?。锻件ｏｖ??ｉ??ｉ???ｉ???ｉ??图３－９静电场分析几何模型??将几何模型导入到有限元分析软件Ａｎｓｙｓｌ３．０中进行静电场分析ｆ４３ｌ。选择ｈ??型分析方法，单元类型为２Ｄ实体单元ＰＬＡＮＥ１２１，设定材料的介电常数为１．０。??采用自由网格划分方法对几何模型划分网格，为了保证静电场分析节点结果的精??确性，设置锻件外轮廓单元长度为２，毛巧外轮廓单元长度为１０。设置纽界条件??为分别在毛远和锻件的外轮廓上施加ＩＶ和０Ｖ的电压载荷。选择求解器为预条??件共扼梯度求解器（ＰＣＧ），定义静态分析求解类型，提交计算。??计算完成后，进入通用后处理器，读取结果数据，并绘制电势等值线图，如??图３－１０所示。??２４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]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)
[3]方差分析法和极值法统计在样本均匀性检验中的应用[J]. 赵静,张凯,李乃洁. 品牌与标准化. 2011(16)
[4]基于MATLAB的黄金分割法的优化设计[J]. 陈玉莲,李俊文,高波. 科技创新导报. 2010(35)
[5]基于遗传算法的锻模阻力墙结构多目标优化设计[J]. 周杰,张渝,安治国,李路. 机械工程学报. 2010(14)
[6]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)
[7]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)
[8]控制锻件变形均匀性和变形力的锻造预成形多目标优化设计[J]. 赵新海,李剑峰,黄晓慧,赵国群,王广春. 机械工程学报. 2009(05)
[9]粉末高温合金盘件预成形设计的类等势场分析法(英文)[J]. 王晓娜,李付国. Chinese Journal of Aeronautics. 2009(01)
[10]遗传算法在锻造过程微观组织优化中的应用[J]. 管婧,王广春,赵国群. 锻压装备与制造技术. 2008(03)
博士论文
[1]基于代理模型的锻造模具结构智能优化研究[D]. 张渝.重庆大学 2009
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
[2]类等势场法应用研究及预锻件优化设计[D]. 李洪涛.华中科技大学 2013
[3]逆向工程模型重构关键技术及应用[D]. 曹晓兴.郑州大学 2012
[4]材料成形过程的类等势场法模拟与预成形设计[D]. 肖军.西北工业大学 2006
本文编号：3340645
【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】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－３静电场分析离散化有限元模型??
为?８６．６３〇／〇。??图３－４刹车毅锻件的型腔充填情况??等效应变是反应材料变形情况的重要指标。图３－５给出了锻造完成后刹车穀??锻件的等效应变等值线分布，除飞边部位外，锻件本身的等效应变范围为??１．１４－３．１１，应变线分布不够均匀，刹车穀的边缘部位应变等值线分布较为密集。??锻件中也的底部应变最小，等效应变值为０．巧７；锻件中也的上部应变最大，应??变达到了?６．３０８。因此，锻件的变形极为不均，容易造成锻件各部分性能的差异??较大。??Ｉ?Ｓｔｒａｉｎ?－?Ｅ杆ｅｃｔｉｖｅ?（ｍｍ／ｍｍ）??ａ?Ａ二?０．１４９??，?己－?１１４??八－屯弟?ｃ＝?２．１３??－＼?Ｊ?Ｇ?＝?６．０８??＆?丫?Ｈ?＝?Ｔ?〇７??Ｉ?＝?８．０６??困３－５刹车穀锻件的等效应变等值线分布图??图３－６给出了刹车穀锻件的等效应力等值线分布图。可Ｌ：Ａ看出，除飞边部分??Ｗ外，锻件的等效应力范围为６８．５ＭＰａ￣２７３ＭＰａ，最大应力出现在飞边部位，??等效应力为３７０．％９ＭＰａ。刹车穀中也部位产生了较大的应力集中
＾２００ｘ８８ｍｍ。选择刹车毅锻件的外轮廓作为静电场分析的终了形状。将初始巧??料放大３倍，然后将刹车穀锻件放在其内部的中也位置，这样就可Ｗ在两个模型??之间的封闭区域形成完整的电场，如图３－９所示。??０７〇ｎ??２３５０???＾—ｉ＾???！???巧料ＩＶ?ｉ??Ｉ??。?Ｉ?。锻件ｏｖ??ｉ??ｉ???ｉ???ｉ??图３－９静电场分析几何模型??将几何模型导入到有限元分析软件Ａｎｓｙｓｌ３．０中进行静电场分析ｆ４３ｌ。选择ｈ??型分析方法，单元类型为２Ｄ实体单元ＰＬＡＮＥ１２１，设定材料的介电常数为１．０。??采用自由网格划分方法对几何模型划分网格，为了保证静电场分析节点结果的精??确性，设置锻件外轮廓单元长度为２，毛巧外轮廓单元长度为１０。设置纽界条件??为分别在毛远和锻件的外轮廓上施加ＩＶ和０Ｖ的电压载荷。选择求解器为预条??件共扼梯度求解器（ＰＣＧ），定义静态分析求解类型，提交计算。??计算完成后，进入通用后处理器，读取结果数据，并绘制电势等值线图，如??图３－１０所示。??２４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]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)
[3]方差分析法和极值法统计在样本均匀性检验中的应用[J]. 赵静,张凯,李乃洁. 品牌与标准化. 2011(16)
[4]基于MATLAB的黄金分割法的优化设计[J]. 陈玉莲,李俊文,高波. 科技创新导报. 2010(35)
[5]基于遗传算法的锻模阻力墙结构多目标优化设计[J]. 周杰,张渝,安治国,李路. 机械工程学报. 2010(14)
[6]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)
[7]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)
[8]控制锻件变形均匀性和变形力的锻造预成形多目标优化设计[J]. 赵新海,李剑峰,黄晓慧,赵国群,王广春. 机械工程学报. 2009(05)
[9]粉末高温合金盘件预成形设计的类等势场分析法(英文)[J]. 王晓娜,李付国. Chinese Journal of Aeronautics. 2009(01)
[10]遗传算法在锻造过程微观组织优化中的应用[J]. 管婧,王广春,赵国群. 锻压装备与制造技术. 2008(03)
博士论文
[1]基于代理模型的锻造模具结构智能优化研究[D]. 张渝.重庆大学 2009
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
[2]类等势场法应用研究及预锻件优化设计[D]. 李洪涛.华中科技大学 2013
[3]逆向工程模型重构关键技术及应用[D]. 曹晓兴.郑州大学 2012
[4]材料成形过程的类等势场法模拟与预成形设计[D]. 肖军.西北工业大学 2006
本文编号：3340645
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