基于BP和GA的激光焊接热源模型参数优化

通过BP神经网络与遗传算法GA对激光焊接有限元模拟中的热源模型参数进行优化,实现了对激光焊接温度场的精确模拟。选取面体热源模型对激光焊接温度场进行了有限元模拟,将模拟中难以确定并且对结果影响较大的热源有效功率系数、热能分配系数和热源作用半径作为输入量,以有限元模拟结果的误差作为输出量对BP神经网络进行训练,得到具有一定预测能力的神经网络,并形成结合神经网络和遗传算法的参数优化方法。结果表明,经过参数优化后的激光焊接有限元模拟具有较高的精度。     

基于数据挖掘的水火弯板变形预测

由于船体水火弯板的变形过程具有高度复杂性,且加工参数众多,因此难以选择准确的影响因子以建立精确的数学模型而达到对变形的有效预测。本文基于SVM的特征选择方法,对钢板板厚、乙炔流量、加热速度、水火距、加热线长、加热半径等6个输入参数进行特征选择,分别挑选出基于3～6参数下的最优特征子集,构建了神经网络预报模型。通过对四种最优特征子集的预报结果进行对比,筛选出了具有最佳预报效果的特征子集,并实现了对水火弯板变形的快速有效预报。     

板壳单元在焊接热弹塑性有限元计算中的应用

基于有限元软件Abaqus,采用板壳单元对薄板对接焊进行热弹塑性数值模拟. 建立具有截面积分特性的板壳单元二维有限元模型,采用高斯面热源与均匀体热源组合的混合移动热源,考虑材料随温度的变化特性,对薄板的接温度场与变形场进行了计算,并与相当网格尺寸的三维实体单元计算结果进行了对比. 结果表明,板壳单元与实体单元计算所得温度场与变形结果比较一致;采用非均匀板厚模拟加强高的板壳单元能够进一步改进焊接变形预测结果;在保证计算精度的条件下,板壳单元比实体单元具有更高的计算效率,计算结果为改进大型结构焊接变形预测方法提供了参考意义.     

激光焊接圆锥体热源模型及参数研究

激光焊过程中包含了一系列复杂的物理、化学反应现象.为合理描述激光焊温度场,采用圆锥体热源模型,用有限元分析软件ANSYS对激光焊温度场进行计算模拟,得到相应的温度场分布及焊缝熔深、熔宽.计算结果表明,所用圆锥体热源模型能较好符合试验结果,有效反映实际激光焊过程.同时根据试验测得的焊缝形状,结合数值模拟,用反演方法给出了模型参数的计算公式.该公式可以实现一定焊接工艺条件下确定激光焊接圆锥体热源模型的参数,并方便进行激光焊温度场模拟和焊缝宽度的预测.     

Fluent在焊接模拟中的应用

介绍了计算流体力学商业软件Fluent的特点和操作规程.以TIG焊为研究对象,对三维温度场和熔池流场数值模拟中遇到的诸如模型建立、热源处理、相变潜热以及熔池对流等问题的方法进行了描述.结果表明,Fluent可以方便地对焊接工艺过程进行模拟,其输出的计算结果能够直观揭示各种驱动力对焊接过程的影响.Fluent软件的成功应用对于研究焊接过程和指导焊接的生产实践有着积极的意义.     

激光深熔温度场数值模拟热源模型分析

热源模型是激光深熔焊温度场数值模拟分析的关键。在分析连续和脉冲激光深熔焊焊缝形状特征的基础上，构建了组合热源模型，讨论了热源模型参数的确定方法。应用所建立的热源模型模拟分析了激光深熔焊焊缝边界形状，并与实验结果进行了比较。     

连续油管环焊缝温度场模拟

利用有限元软件ANSYS建立了连续油管对接环焊缝的三维焊接温度场的计算机数值分析模型.分析中引入了双椭球热源分布模型,研制了相应的APDL程序,计算出打底焊的温度场曲线.模拟计算结果和试验结果基本吻合,表明该计算方法能准确地计算出焊接温度场.     

30CrMnSi轴表面激光相变硬化温度场数值模拟研究

根据激光相变硬化的特点,建立了轴类零件移动激光热源作用下三维激光相变硬化温度场计算模型,利用有限元软件ANSYS对30CrMnSi钢轴件温度场进行了数值模拟.得到轴件激光相变硬化的温度场和距轴表面不同深度的热循环,并根据模拟结果预测了轴件相变硬化层的深度和宽度.     

汽车后围板拉深成形过程中的回弹预测

以汽车后围板为对象,运用BP神经网络对其拉深过程中的回弹量进行预测。通过CATIA建立CAD模型,运用Dynaform软件对板料冲压过程进行仿真分析,借助正交试验获取不同参数组合下的回弹数据,并通过试验验证了关键数据的可靠性,建立了4-9-6的3层BP神经网络回弹预测模型。通过对数据样本进行训练学习,控制其预测的精度为0.01,将预测结果与实际测量结果进行对比,显示预测误差最大为5.62%。说明运用BP神经网络可以实现对复杂拉深件成形的回弹预测,可以大量节省仿真预测的时间,对模具的设计具有很好的指导作用。     

激光+GMAW复合热源焊接过程热-力耦合数值分析

从宏观的焊接热过程出发,根据激光+GMAW复合热源焊接的特点,提出了适用于复合热源焊接的“双椭球体＋峰值递增圆柱体”组合式体积热源分布模式;建立了激光+GMAW复合热源焊接过程的有限元模型,数值计算了焊接温度场和焊缝横截面的形状尺寸,计算结果与试验结果吻合良好,证明了组合式体积热源模型的合理性和适用性. 采用焊接温度场的计算结果,进一步对复合热源焊接和GMAW的焊接变形和残余应力进行了数值模拟和对比分析. 结果表明,在焊缝熔深基本相同的情况下,复合热源焊接的焊接热输入、焊缝熔宽、焊接变形和高应力区域范围等均比GMAW小. 研究结果印证了激光+GMAW复合热源焊接工艺的优越性,并为焊接工艺参数的优化提供了基础理论数据.     

空气介质中电火花表面强化的温度场有限元模拟分析

通过选取合适的热源模型、边界条件,建立了空气介质中电火花表面强化的热传导模型;通过分析其温度场的特点,建立了空气介质中电火花表面强化的二维温度场模型;借助ANSYS有限元分析软件对空气介质中电火花表面强化的温度场进行了模拟,分析了工件在不同时间、不同位置的热流密度矢量和随温度矢量的变化规律,以及电火花强化时温度随深度方向的变化历程。结果显示:电火花表面强化层的放电凹坑主要是由于热量在材料中不同方向的热传导存在差异引起的;电火花表面强化具有骤冷骤热的特点;在相同的加工速度下,节点的温度随着离表面距离的增大而减小。     

BT20钛合金电子束热处理残余应力计算

利用三维有限元分析软件，模拟了BT20钛合金薄板焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及残余应力的分布。结合数值计算，讨论了不同的热处理方式以及热处理工艺参数对焊接接头残余应力分布的影响。结果表明，在钛合金薄板焊缝的背面进行电子束局部热处理，可以显著降低焊缝中心处的残余拉应力。数值计算结果还表明，在其它工艺参数相同的情况下，随着局部热处理加热宽度和加热时间的增加，焊缝及近缝区的纵向残余应力随之降低，同时产生残余应力的范围也随之增大。     

Influence of thickness of flange plate on the reduction of angular distortion by welding with trailing reverse-side flame line

In manufacturing of the steel bridge, fillet welded T-joint is widely used and angular distortion is often generated. So, reduction or control of angular distortion without additional processes to welding is strongly demanded because it takes great time and effort to correct the angular distortion. In this study, the effectiveness of welding with trailing reverse-side flame line heating for preventing angular distortion was investigated through the welding experiment and numerical simulation in submerged arc welding of fillet T-joint with three different thick flange plate. First, the heat source models for numerical analysis of both submerged arc welding and flame line heating were constructed based on the comparison with the measured temperature histories and angular distortion. And then, these heat source models were used in combination with various kinds of distance between two heat sources to make clear the appropriate distance condition for smallest angular distortion was 150 mm, and it does not depend on thickness of flange plate. It was also confirmed that the experimental angular distortions were in good agreement with those calculated. With a focus on the influence of thickness of flange plate, the reduction of angular distortion by welding with trailing reverse-side flame line heating becomes smaller with increasing thickness of flange plate. However, angular distortion could be adequately prevented under the appropriate flame line heating condition in either thickness of flange plate because the welding-induced angular distortion also becomes smaller with increasing thickness of flange plate. Thus, it was concluded that welding with trailing reverse-side flame line heating could be useful for preventing angular distortion of fillet T-joint, which is a component of steel bridge, enough not to correct it after welding.     

基于二维焊接温度场检测的三维温度场计算机模拟

采用图象比色法,建立了焊接温度场实时检测系统,快速获取了二维焊接温度场分布。对于低碳钢薄板ＴＩＧ焊,利用实际检测二维温度场分布结果,对各种热源分析模型进行了验证,得到双椭圆热源分布模型二维温度场计算结果与实际温度检测结果最为接近。利用双椭圆热源分布的数值计算模型和实际检测二维温度场分布结果作为边界条件,获得了整个焊件更宽温度范围和三维温度场分布的在线模拟。正反熔宽模拟计算结果与实际的结果吻合。     

多热源合成SiC冶炼炉温度场的动态数值模拟

根据多热源工业生产SiC冶炼炉温度场具有平面非稳态导热的特点，建立了冶炼炉内温度变化的动态数学模型，采用数值计算方法，动态模拟了炉料的升温合成反应及传热过程，获得了冶炼炉内温度分布及其动态变化规律，得到了四热源炉合成SiC的供电时间为60h左右，这一结果应用工业试验进行了验证。应用同样方法，可以获得表面负荷、炉芯尺寸等工艺参数，可以为工业生产SiC提供理论指导。     

基于阶梯模型的摆动焊接温度场数值模拟

根据摆动焊接速度和方向的变化规律,建立了电弧摆动焊接适用范围更加广泛的阶梯模型,以Q345平板对接接头为研究对象,利用焊接模拟软件SYSWELD对摆动焊接过程的温度场进行数值模拟,获得了焊缝区瞬态温度场以及各节点的焊接热循环曲线.结果表明,电弧摆动阶梯模型的瞬态温度场形状与带状热源模型不同,当热源由中间向两边摆动时,阶梯模型的熔池呈头小尾大的椭圆形;电弧摆动阶梯模型的焊接热循环曲线也与带状热源模型不同,阶梯模型的焊接热循环曲线在加热和冷却过程中都会出现一个小波峰,表明焊缝在加热和冷却过程受到电弧摆动的影响.     

Fuzzy control of a heat-bending system

This paper discusses the problems associated with detecting displacement phenomena during a NC-controlled heat-bending process. To ensure accurate heat-bending results, it is necessary to control the displacement of a point located at the edge of the plate undergoing heat bending. This is achieved by varying the operating parameters of the numerical control heat-bending (NCHB) machine, e.g. the ratio of Q/V where Q represents the heat input intensity and V the speed of the servomotor driving the heat source (an oxy-acetylene torch in this particular study). It is not easy to accurately predict the plate shape after heating along multiple heating lines. Furthermore, it is difficult to describe the state equation for the dynamic behavior of the displacement since the heat-bending phenomena are described by partial differential equations representing elasto-plastic behavior. In order to predict and control the plate shape after heat bending, this paper proposes a method which combines the inverse method and fuzzy control. Using this method, it is possible to estimate the displacement and, therefore, the plate shape, based upon the values of Q and V, and the position of the heating lines.The quality of the fuzzy inference process depends upon the fuzzy variables chosen. In this paper, a fuzzy rule table is used to control the speed of the NCHB servomotor. The table is based upon fuzzy logic and is used to fine-tune the value of Q/V. The effectiveness of the fuzzy controller is verified by carrying out heat-bending experiments.     

热源形状参数对薄板焊接残余应力和变形的影响

采用热-弹-塑性有限元方法模拟焊接残余应力和变形时,对于移动热源模型形状参数的选取,在大多数情况下大都是根据研究者的经验来确定.然而对于热源模型形状参数对焊接残余应力和变形的影响尚不十分明确.基于ABAQUS有限元软件,以高强钢SM490A单道TIG焊为例,通过建立三维有限元模型和采用双椭球体积移动热源模型,研究了热源模型形状参数对焊接残余应力和变形的影响.结果表明,热源模型形状参数对焊接残余应力影响较小,而对焊接变形,尤其是对角变形有一定程度的影响.     

连续运动薄板横向磁通感应加热耦合场分析新方法

通过沿薄板运动反方向以单元格的形式平移薄板中的热源来取代薄板的连续运动，使得温度场的每次计算可以采用相同的热源分布，无需重新计算涡流场，大大减少了横向磁通感应加热耦合场数值仿真的时间。利用有限元数值计算结果作为神经网络的训练样本，分别建立了横向磁通感应加热装置出口处平均温度及其平均相对误差的预测模型。检验样本的结果表明所训练的神经网络具有很高的准确性。利用神经网络分析了频率和电流对平均温度及其平均相对误差的影响，并应用模拟退火法对频率和电流进行了优化以获得给定温度下的最小平均相对误差。     

Fe-Mn-C-Al系TWIP钢热处理工艺参数优化

为提高TWIP钢的屈服强度同时保留较好的塑性,利用BP神经网络和遗传算法对热处理工艺参数进行优化。以退火温度、保温时间和冷却方式为输入,屈服强度和伸长率的乘积为输出,建立3-4-1的BP神经网络模型,再通过遗传算法寻优,得到屈服强度和伸长率的乘积最大时TWIP钢的热处理工艺参数组合。结果表明,优化后的热处理工艺为:退火温度768 ℃、保温时间35 min、冷却方式为炉冷,并通过试验验证了预测结果的准确性。