三向应力管材试验机控制研究

发布时间：2017-10-31 18:04

  本文关键词：三向应力管材试验机控制研究

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【摘要】：探索材料在复杂应力状态下的屈服行为,对材料的成形过程预测和缺陷分析具有十分重要的指导意义。如内高压成形工艺中管件受轴向压应力及环向拉应力作用,一个准确的屈服准则做指导,可大大降低废品率。为了对管材屈服行为的研究,本课题中采用电液伺服系统,按照轴向应力、环向应力和径向应力成一定关系加载,实现对厚壁管材屈服行为的研究。根据加载要求,设计三向应力加载试验机构,实现管材轴向压力以及内外壁表面均布压力的加载,可以针对铝合金、不锈钢等不同材料的管材进行屈服行为的研究,对于不同尺寸的管材加载,使用不同尺寸的模具。推导初始加载阶段管材中间位置的三向应力(轴向应力、环向应力、径向应力)求解公式,通过有限元分析软件ABAQUS预测管材在不同加载条件下塑性变形阶段的变形趋势,根据变形的不同推导修正公式,在实验过程中通过这些公式保证各方向应力之间的比例关系。对试验机的物理模型进行数学建模,得到系统的传递函数模型。使用Simulink以及AMESim两种软件进行仿真分析,分别通过频域和时域的角度分析系统的性能。设计两种控制器,其中PID为传统算法,神经网络算法为智能算法,根据调试后的控制效果应用一种控制器于实际试验中。根据系统需求,设计控制系统硬件。采用C++Builder软件编写控制系统程序,实现数据的实时采集、应力的实时计算监测,以及对三个伺服阀的控制等工作,对控制系统界面进行优化处理,改善配色方案,保证该系统易学易用。最后搭建实验平台,完成调试工作,解决实验中遇到的各种问题,最终完成一个稳定的、方便实用的三向应力加载试验机。
【关键词】：三向应力 复合加载 屈服准则 厚壁管 神经网络控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH87;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 材料试验机的发展概况11-15
• 1.2.1 材料试验机的发展历程11-12
• 1.2.2 复合加载试验机简介12-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 系统加载方案设计及负载分析17-33
• 2.1 引言17
• 2.2 系统加载方案设计17-22
• 2.2.1 加载对象介绍17-18
• 2.2.2 功能需求分析18
• 2.2.3 装夹模具设计18-19
• 2.2.4 安全分析与设计19-20
• 2.2.5 总体结构设计20-22
• 2.3 负载分析22-32
• 2.3.1 弹性变形阶段分析22-24
• 2.3.2 塑性变形阶段分析24-29
• 2.3.3 三轴应变片数据修正29-30
• 2.3.4 轴向曲率半径公式推导30-31
• 2.3.5 中间层应变与壁厚公式推导31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 系统建模与仿真分析33-50
• 3.1 引言33
• 3.2 各方向加载力间的耦合分析33-35
• 3.2.1 内外压力对轴向力的耦合分析33-34
• 3.2.2 轴向力对内外压力的耦合分析34-35
• 3.2.3 内外压力之间的耦合分析35
• 3.3 试验系统建模分析35-42
• 3.3.1 阀控非对称缸动力机构建模36-39
• 3.3.2 负载物理模型分析39
• 3.3.3 系统主要元件选型及其数学模型推导39-40
• 3.3.4 电液伺服系统传递函数模型推导40-42
• 3.4 试验系统Simulink仿真分析42-46
• 3.4.1 轴向液压缸力控制系统仿真分析42-44
• 3.4.2 内增压器压力控制系统仿真分析44-45
• 3.4.3 复合加载仿真分析45-46
• 3.5 试验系统AMESim仿真分析46-49
• 3.5.1 AMESim模型建立46-47
• 3.5.2 复合加载仿真分析47-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第4章 试验系统控制器设计50-57
• 4.1 引言50
• 4.2 PID控制算法50-52
• 4.2.1 模拟PID与数字PID50-51
• 4.2.2 数字PID改进算法51
• 4.2.3 PID控制器设计51-52
• 4.3 神经网络控制算法52-56
• 4.3.1 基于BP神经网络的PID算法52-54
• 4.3.2 控制器仿真分析54-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 试验系统实验研究57-77
• 5.1 引言57
• 5.2 实验台简介57-58
• 5.3 实验台控制系统设计58-61
• 5.3.1 控制系统硬件设计58-60
• 5.3.2 控制系统软件设计60-61
• 5.4 系统的单通道参数辨识61-65
• 5.4.1 输入信号设计62-63
• 5.4.2 轴向液压缸系统参数辨识63-64
• 5.4.3 内增压器系统参数辨识64-65
• 5.5 单通道系统实验分析65-70
• 5.5.1 控制器验证实验分析65-66
• 5.5.2 轴向力控制系统实验分析66-67
• 5.5.3 内压力控制系统实验分析67-68
• 5.5.4 单向加载实验分析68-70
• 5.6 复合加载系统实验分析70-76
• 5.6.1 耦合特性实验分析70-72
• 5.6.2 复合加载实验分析72-76
• 5.7 本章小结76-77
• 结论77-78
• 参考文献78-83
• 致谢83

【参考文献】

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本文编号：1123149