多夹钳式柔性拉伸成形时过渡区长度的研究

多夹钳式柔性拉伸成形是一种新型的柔性成形工艺。以球形曲面件为研究对象,建立多夹钳式柔性拉伸成形时的有限元模型;对比分析不同过渡区长度对成形力、应变分布、厚度分布及回弹的影响,同时分析应变值及应变分布状态对成形件回弹的影响。结果表明,多夹钳式柔性拉伸成形时,过渡区长度越小,板料越容易贴模,所需的成形力越小,成形件的应变及厚度减薄越小,并且应变及厚度分布越均匀,越显著提高成形件质量;尤其是在过渡区长度为0时也能够圆满地完成板料成形,显著提高材料利用率,节省制造成本。另外与增加应变大小相比,提高应变均布程度可以更有效地减小回弹,在自主研发的多夹钳式柔性拉伸成形机上对数值模拟结果进行试验验证。     

双层金属保温容器同步液胀成形过程的数值模拟

为了实现足球、排球形双层金属保温容器的同步液胀成形，本文采用大型商用有限元软件Dynaform对其成形的过程进行了数值模拟，并就加载压力和加载时间对保温容器外壳胀形量的影响进行了分析。结果表明，保温容器外壳的最大主应变及最大壁厚减薄率主要分布在焊缝附近，花纹纹线附近的厚度不均现象比其它部位更明显；随着加载压力和加载时间的增加，保温容器外壳的胀形量增大，贴模性更好，花纹纹理更加清晰。     

飞机蒙皮拉形加载轨迹研究

蒙皮拉形工艺的先进程度是衡量一个国家飞机制造能力和水平的重要标志之一,然而加载轨迹决定着飞机蒙皮拉形成形质量的优劣。基于ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件对某单凸双曲率蒙皮拉形进行拉形仿真,对模具的最大截面采用应变控制的方法,结合实际生产过程中拉形机的运动状态,对飞机蒙皮拉形数值模拟中夹钳区域的加载轨迹进行了初步研究。此外,考虑到蒙皮拉形常见的缺陷及影响因素,分析了最优化理论结合仿真模拟优化工艺参数的重要性。对蒙皮拉形过程模拟仿真,实现"虚拟试拉",以便对其加载轨迹进行优化设计,避免盲目的试拉工作,节约材料,降低研发成本,缩短研发周期,提高飞机蒙皮拉形质量和生产效率。     

数控蒙皮拉伸成形试验机控制系统开发

为研究蒙皮零件在拉伸成形过程中的变形行为,自行研制开发了1MN数控蒙皮拉伸成形试验机系统。采用数字PID控制算法,实现了加载伺服油缸的速度控制以及对称拉伸油缸和工作台上顶油缸的位移同步控制,建立了数控蒙皮拉伸成形试验机控制系统。试验结果表明,系统具有较高的精度,符合大多数蒙皮零件的拉伸成形试验要求,为开展蒙皮拉伸成形过程控制和试验研究提供了试验保障。     

双曲度蒙皮零件主动式充液成形技术研究

双曲度蒙皮零件在航空制造领域应用广泛,基于截面尺寸变化较大,具有局部特征的复杂蒙皮类零件提出了主动式充液成形技术。液室压力的加载是主动式充液成形的关键参数之一,通过数值模拟分析了不同液体加载速率条件下2A12-O铝合金双曲度蒙皮零件底部破裂危险点与两端起皱危险点的应变轨迹的变化规律,同时讨论了不同液体加载速率下对壁厚分布的影响。结果表明:合理的液体压力加载速率可以明显的改善应变路径,有效的降低纵向应变,抑制双曲度蒙皮零件底部的过渡减薄,改善了零件的表面质量。     

蒙皮拉形机快速换模系统力学安全性分析

拉伸成形是飞机钣金的基本成形方法。由于飞机蒙皮种类繁琐、生产批量小,在拉形的过程中需要频繁的更换模具,而现有国内蒙皮拉形机换模仍为传统换模方式,换模时间长,换模过程繁琐。针对这一情况,研发出了一套蒙皮拉形机快速换模系统,能从根本上提高蒙皮拉形机的换模效率,进而提高蒙皮拉形机的生产效率。采用有限元方法,对所提出的蒙皮拉形机快速换模系统进行力学安全性分析,研究了该系统内部重要零部件在极限工况下的应力分布,对整个换模系统的完善与再优化具有重要的意义。分析结果显示:该蒙皮拉形机快速换系统是结构安全的。     

基于回弹的飞机蒙皮拉形模型面修模技术研究

回弹是飞机蒙皮成形中不可避免的现象,影响着零件的形状精度。通过模具型面补偿方法可以降低由回弹引起的形状误差。分析基于回弹补偿的飞机蒙皮拉形模具的修模过程,确定贴模度的计算和模具修模量的计算是修模过程中的关键技术。提出虚拟拉形中的贴模度定义以及计算贴模度的直接投影法和最近单元法,并分析这两种方法的特点,得出最近单元法优于直接投影法。同时,提出基于回弹补偿的虚拟修模计算公式,针对公式中贴模度映射到模具节点修模矢量的方法,提出一次投影法和二次投影法,并针对三类典型的蒙皮零件进行计算验证。结果表明,两种投影方法都是有效的,对最大贴模度的影响不大,但就多次修模的稳定性而言,二次投影法好于一次投影法。     

激光间接冲击下钛箔的微成形特性

采用具有高应变率加载特征的激光驱动飞片间接冲击微成形技术对钛箔进行了微成形实验,以解决难成形材料的微塑性成形问题。从飞片完整性、工件贴模性以及厚度减薄率等方面探究了该工艺的成形性能。实验中采用微细电火花和曲面研磨技术制造微模具,材料为AISI 1090模具钢,飞片为20μm的钛箔,成形工件为35μm的钛箔。通过KEYENCE VHX-1000C超景深显微系统对飞片和工件进行了观测和分析,结果显示:飞片具有较好的完整性,能够提供均匀的冲击压力;成形后的工件具有良好的表面质量和贴模性。借助冷镶嵌工艺测量了工件的厚度分布,分析了工件厚度减薄率,其最大值为19.8%,最小值为2%,显示工件的厚度分布比较均匀。研究表明:激光间接冲击微成形技术对于难成形材料具有良好的成形效果并且能有效抑制厚度减薄。     

数控蒙皮拉形试验机系统开发与应用研究

拉形是飞机蒙皮成形的主要方式之一，为研究蒙皮零件在拉形过程中的变形行为，自行研制开发了1000KN数控蒙皮拉形试验机系统。系统采用电液伺服技术，实现了夹钳的水平转动、俯仰、拉伸动作，工作台可以形成任意角度上顶，能够完成飞机蒙皮零件成形所需的拉形轨迹。试验结果表明，系统具有较高的精度。符合大多数蒙皮零件的拉形试验要求，为开展蒙皮拉形过程控制和工艺研究提供了试验保障。     

基于Lou-2013韧性断裂准则5182铝板成形极限研究

以Lou-2013韧性断裂准则为理论基础研究5182铝合金板材的韧性断裂力学性能,设计圆孔试件、平面应变试件和平面剪切试件的拉伸试验来获取准则中的材料参数。通过该准则确定"断裂应变?应力三轴度"曲线,为ABAQUS软件中的韧性损伤材料模型提供损伤判据,构建5182铝合金板材的韧性损伤仿真模型。利用此模型对上述三个试件的拉伸过程,以及半球形凸模胀形试验过程进行有限元仿真,并通过数据分析绘制基础拉伸试验与半球形凸模胀形仿真相结合的5182铝合金板材成形极限图。试验与仿真表明,所建立的有限元材料模型能够准确地再现三种试件的力程曲线和断裂特征;通过基础拉伸试验与半球形凸模胀形仿真相结合求解出的成形极限图包含两条曲线:损伤成形极限曲线(Damageforminglimitcurve,Damage FLC)和断裂成形极限曲线(Fracture FLC)。与成形极限试验数据对比表明,采用Damage FLC判定板材破裂失稳偏于安全,为实测成形极限数值的下限,而采用Fracture FLC判定则偏于危险。     

欠驱动弹跳机器人最优运动姿态的驱动器配置

研究了具有一个被动关节的三关节单腿欠驱动弹跳机器人的轨迹规划问题。首先建立欠驱动机器人在着地阶段的动力学模型;然后采用数值迭代的方法,以主动关节驱动力矩最小为优化目标,得出了机器人各关节转角的运动规律;最后通过仿真得到三种驱动器配置情况下机器人的关节转角运动规律、姿态图以及驱动力矩,并对其进行了分析比较。结果表明：所提出的运动规划方法是可行的,采用髋关节和踝关节驱动是三种驱动器配置中最合理的情况。     

基于虚拟样机的挖掘机器人轨迹规划控制仿真和优化技术研究

阐述了用虚拟样机技术进行挖掘机器人轨迹规划控制的仿真和优化的必要性;提出了轨迹规划控制的实现方案,分析了关键技术及其解决方法,重点研究了用挖掘机器人虚拟样机进行控制系统参数优化和轨迹规划仿真实验的方法,并以动态响应特性的仿真为例,用物理样机的相应实验结果验证了虚拟样机轨迹规划控制仿真实验模型的正确性;借助在虚拟样机上的仿真实验,分析了液压系统流量分配对轨迹规划效果的影响,提出了轨迹规划的改进措施,用以提高轨迹规划的速度和轨迹跟踪的精度。     

离子阱中3种软件程序的离子运动轨迹数值模拟对比

质谱仪器研发周期长、应用成本高,使得数值模拟成为仪器研发、性能优化、实验方案设计的理想选择。目前,离子轨迹模拟软件SIMION、Comsol和Axsim已广泛用于质谱数值模拟和理论研究,对比分析这3种软件对于质量分析器的设计具有重要意义。本研究以矩形离子阱质量分析器为研究对象,从图形用户界面和运行平台、电极建模和电场计算、条件定义和程序加载、离子轨迹计算和时间步长选取等方面入手,比较这3种软件的模拟过程和结果。结果表明：3种软件模拟的离子运动轨迹存在偏差,且主要位于离子运动方向转变时,Comsol与SIMION的模拟轨迹偏差最大,Axsim和SIMION模拟的频谱图中谱峰位置差异小于01%。SIMION软件适用于复杂质谱装置中离子运动轨迹的理论模拟,但对使用者的物理和编程水平要求较高;Comsol具有最精致的图形用户界面,以及详细的数值模拟模块,但是不具备离子运动轨迹的频谱分析、相位分析等特殊模块,而且封闭的软件程序无法根据具体情况灵活调整,所以只适用于一些简单结构的质谱数值模拟;Axsim具有最专业的质谱中离子运动轨迹分析程序,可以对离子运动的频谱、相位、空间发散、动能发散等参数进行直接分析,能够直观地指导质谱质量分析器的设计,但不具备建模和电场计算模块。本研究有助于加速质谱研究中数值模拟进程,为开发具有自主知识产权的国产质谱数值模拟软件提供参考。     

抛物面零件充液拉深工艺参数优化分析及成形装置改进

充液拉深是一种先进的板材成形方法.结合装饰零件的实际需求,通过数值模拟的方法对抛物面灯罩的充液拉深成形过程进行了研究,应用显式有限元分析软件DYNAFORM,分析了变压边力和液体介质压力对零件成形质量的影响,得到了变压边力和液体压力匹配的加载曲线.并对充液拉深成形系统进行了合理改造.分析结果表明,采用优化的变压边力和液...     

加载路径对AA5083管件热态非金属颗粒介质成形性能的影响

将颗粒介质作为传力介质,应用于铝合金管件内高压热成形工艺。通过热单向拉伸试验建立AA5083板材的本构模型。通过管材热态颗粒介质胀形数值模拟,结合AA5083理论成形极限图的分析,研究了不同加载路径对管件壁厚分布、管端缩料量和主应变曲线的影响规律,并进行了相应的工艺试验验证。研究结果表明,合理匹配初始压头力和管端进给量参数,使预成形管坯在胀形区形成有益皱纹,可为胀形区管坯变形提供聚料作用,从而提高管件成形质量和胀形极限。     

基于Ansys的工字型拼条数值模拟及优化

通过采用Ansys对工字型拼条及流道中特殊部位进行数值模拟和优化设计,给出了特殊部位数值模拟合理设计的数值方法.以具有代表性的流道形状(L型和T型)为例,以流道出口截面上各子区域的平均流速一致为目标,通过软件的数值模拟计算,对这些流道进行了结构优化设计,给出了合理的流道结构尺寸.     

喷涂机器人路径组合优化中喷枪轨迹参数的修正方法

喷涂路径组合优化过程中,当一面片介于两面片之间时,由涂层分布干涉引起的涂层厚度误差较大,为解决这个问题,提出了直接修正法和修正喷涂高度法的喷枪轨迹参数修正方法。根据中间面片两交界线的位置关系,将该问题分为交界线平行和近似平行两种情况讨论,并基于两种修正方法分别提出了两种情况下的喷枪轨迹规划方法和相关参数的优化方法。仿真实验和数值分析表明：当修正的轨迹间距比理想值大时,可采用未优化的直接修正法规划喷枪轨迹; 反之,可采用优化的直接修正法;在相同轨迹间距下,修正喷涂高度法比直接修正法的涂层误差要小３μm左右。验证了两种方法相结合解决近似平行时该问题的可行性和有效性。     

蒙皮数控拉形位移加载设计方法研究

针对蒙皮拉形工艺设计、数值模拟与数控拉形设备高效结合的问题,提出板料变形与数控拉形设备机构运动相耦合的位移加载设计方法。基于数控拉形设备VTL1000建立蒙皮数控拉形数值分析模型;采用几何解析方法推导板料变形与机构运动位移加载的关系,将关系解作为数值模拟的边界条件。用研究实例证明该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。     

Optimization of variable blank holder force trajectory by sequential approximate optimization with RBF network

Sequential approximate optimization (SAO) is an attractive approach for design optimization. In this paper, the radial basis function (RBF) network is employed for the SAO. First, we examine the width of the Gaussian kernel, which affects the response surface. By examining the simple estimate proposed by Nakayama, four sufficient conditions are introduced. Then, a new simple estimate of the width in the Gaussian kernel is proposed. Second, a new sampling strategy with the RBF network is also proposed. In order to find the sparse region, the density function with the RBF network is developed. The proposed width and sampling strategy are examined through benchmark problems. Finally, the proposed SAO is applied to the optimal variable blank holder force (VBHF) trajectory for square cup deep drawing. The objective is taken as the minimization of the deviation of whole thickness. The constraints are quantitatively defined with the forming limit diagram in which no wrinkling and tearing can be observed. The design variables are the blank holder force. In particular, the risk of both tearing and wrinkling can be handled as the constraints separately. Numerical simulation is carried out by the optimal VBHF trajectory with SAO. It is clear from the numerical simulation that no tearing and wrinkling can be observed.     

一种考虑柔性的码垛机器人动力学性能优化方法

提出一种考虑关节柔性影响的高速重载码垛机器人动力学性能优化方法。首先,考虑关节柔性的影响,建立了刚柔耦合动力学方程; 随后进行了模态分析以及受迫振动分析; 提出以最低阶固有频率最大和各关节驱动力矩基于目标轨迹上的最大值最小作为动力学优化目标; 最后构造有约束的多目标优化问题,并利用遗传算法对该多目标优化问题进行求解。优化结果表明,机器人的动力学性能明显改善,说明优化方法合理有效。