一种材料参数反求的新方法

提出用解方程组和有限元仿真相结合的方法来反求材料塑性参数。这种方法是在仿真分析的基础上建立实测值与待求参数之间的近似关系，然后将估计到的参数值输入到有限元程序来计算材料响应，又由测量值与计算值之差近似估计参数的修正值，如此几个循环得到给定精度的参数估计值。算例表明这种方法具有快速、精确的优点。     

钢丝绳径向力学参数反演

设计了相关实验并测出钢丝绳径向位移,并在Ansys中用APDL建立了与实验装置的约束和载荷相同的有限元模型,采用遗传算法并将钢丝绳的材料参数作为变量,利用最小二乘法建立目标函数,用Matlab中遗传算法工具箱计算出目标函数取最小值时的变量值,遗传算法得到的变量值即为反演出的钢丝绳径向结构参数。由钢丝绳的径向结构参数建立的有限元模型可以用于钢丝绳径向力学行为的研究。     

材料参数直接反求方法研究

提出直接从仿真分析结果反求材料塑性参数的方法。该方法以仿真分析为基础，根据能量守恒原理建立实测值与待求参数之间的关系并形成多元方程组；应用理想成形理论，即单元的变形遵循最小塑性功原理，使多元方程组成为静定或超静定方程组；将方程两边的计算差值定义为目标函数，用遗传算法来寻找目标函数最小解。对单向拉伸试验和四边简支球头冲压试验进行了算例计算，反求结果表明该方法能够反求得到较精确的参数。该方法拓宽了参数测定的试验途径。     

螺栓连接结合部薄层单元参数优化辨识

薄层单元可有效地表征螺栓连接结合部,但要进行动力学分析及优化必须辨识出薄层单元参数。为此,在建立薄层单元参数与结合部动态特性关系的基础上,提出一种准确、高效辨识薄层单元参数的方法。通过分析薄层单元的刚度矩阵及本构方程,确定待辨识参数;采用拉丁超立方抽样方法选取参数样本,结合试验与有限元计算的模态参数建立目标函数,用响应面模型表征薄层单元参数与目标函数的关系,并评价模型精度;采用遗传算法在响应面模型基础上实现参数优化辨识。分别辨识均一材料和考虑结合面应力分布差异化材料的薄层单元参数,参数优化辨识后,试件的试验与有限元计算固有频率误差均不超过4%,证明了该辨识方法的有效性。     

改进响应面法在身管可靠性优化中的应用

以某速射武器的身管为研究对象,对其烧蚀寿命进行可靠性优化设计,采用改进的响应面模型作为身管烧蚀寿命代理模型。结合遗传算法和高斯牛顿法进行响应面公式参数的拟合。首先用遗传算法求出参数初值,然后高斯牛顿法从这组初值出发迭代搜索响应面模型参数的最优解,最后以得到的响应面模型作为身管烧蚀寿命优化的功能函数进行可靠性优化。该方法充分利用了遗传算法善于进行全局搜索和高斯牛顿法精确的局部寻优能力的优点。结果表明,该方法得出的响应面模型的精度较高,以响应面模型代替有限元模型进行可靠性优化更为方便快捷。     

材料参数直接反求方法研究

提出直接从仿真分析结果反求材料塑性参数的方法.该方法以仿真分析为基础,根据能量守恒原理建立实测值与待求参数之间的关系并形成多元方程组;应用理想成形理论,即单元的变形遵循最小塑性功原理,使多元方程组成为静定或超静定方程组;将方程两边的计算差值定义为目标函数,用遗传算法来寻找目标函数最小解.对单向拉伸试验和四边简支球头冲压试验进行了算例计算,反求结果表明该方法能够反求得到较精确的参数.该方法拓宽了参数测定的试验途径.     

基于遗传算法和碰撞仿真的材料参数反求

提出一种在吸能管碰撞试验的基础上采用遗传算法反求材料参数的新方法。待反求的材料参数包括板材的塑性硬化参数和应变率参数。取不同碰撞速度下吸能管碰撞试验的平均碰撞力作为参考基准，将根据实际试验条件建立的碰撞仿真模型经计算得出的相应计算结果与参考基准吻合的程度定义为目标函数，采用遗传算法搜寻与试验结果相吻合的材料参数。算例表明，该方法具有较高的精度。由于吸能管碰撞试验是车辆耐撞性设计中通常必做的试验，故应用该方法反求材料的碰撞性能参数可不必进行额外的试验。     

基于反求理论的汽车安全性优化

提出了一种基于反求理论的汽车碰撞安全性优化方法。为了提高有限元仿真在汽车安全性分析方面的准确性,通过有限元仿真与试验验证相结合的方法,利用反求技术求出材料的特性参数。将得到的特性参数应用于某种卡车驾驶室的相同材料,对驾驶室的结构参数进行优化。选取卡车翻滚时对驾驶员安全影响较大的参数作为优化目标,利用遗传算法对构造的多目标优化模型进行计算。通过计算结果可知,有限元仿真中默认的材料特性参数与试验结果有一定的差别,将试验得出的数据应用于优化中可以得到更准确的结果。     

振动式分选机的设计与响应面优化

针对废铅酸蓄电池再利用的预处理过程,提出具有实际意义的振动式分选机的优化设计方法。首先,计算相关参数获得初始模型,借助ANSYS Workbench进行有限元分析,使其初步符合设计要求。其次,以减小质量、提高强度和提高第三阶固有频率为优化目标,选取关键尺寸参数为设计变量,通过中心复合试验设计方法选取合适的有限元分析样本点,利用最小二乘法拟合含交叉项的二次多项式,获得目标与变量的近似响应面数学模式,再运用遗传算法进行优化获得全局最优解。最后,对比有限元计算值与响应面计算值验证响应面法可行性。结果表明:减少质量5.9%,降低最大等效应力46.9%,提高第三阶固有频率30.1%,降低了优化计算量。     

基于近似模型的拉延筋几何参数反求

引入响应面方法和遗传算法建立基于近似模型的拉延筋几何参数反求方法。首先以等效拉延阻力为设计变量，通过均匀拉丁方试验设计方法提取适当的设计参数样本构造响应面近似模型，并不断优化响应面模型，获取最优等效拉延阻力；然后以最优等效拉延阻力为约束条件，结合等效拉延阻力计算和小种群遗传算法反求拉延筋几何参数。整个反求过程采用等效拉延筋有限元模型进行仿真计算，避免有限元模型的网格重划分及由真实拉延筋模型引入的计算效率问题。数值算例表明，基于近似模型的拉延筋几何参数反求方法可在设计兴趣域内快速寻优，有助于加快模具设计进程，降低生产成本。     

拉深孔成形的工艺参数优化与实验研究

为了探讨拉深孔成形技术对提高板料成形性能的有效性，以圆筒形件为研究对象，研究了拉深孔成形条件下的成形性能。采用数值模拟、人工神经网络和遗传算法进行板材成形工艺参数优化，得到了最优化的压边力和拉深孔相对密度等拉深工艺参数。根据优化后的结果设计并完成了相关的工艺实验，取得了与有限元模拟相一致的结果，证明了拉深孔成形技术是一种提高板材成形性能的行之有效的方法。     

Blank shape design for a planar anisotropic sheet based on ideal forming design theory and FEM analysis

A sequential design procedure to optimize sheet forming processes was developed utilizing ideal forming design theory, FEM analysis and experimental trials. For demonstration purposes, this procedure was used to design a blank shape for a highly anisotropic aluminum alloy sheet (2090-T3) that results in a deep-drawn, circular cup with minimal earing. All blank shape design methods require a certain number of iterations. However, the sequential procedure can be more effective than the other iterative methods based on FEM analysis in conjunction with experimental trials or on experimental trials alone. For this design demonstration, the anisotropic constitutive behavior of the 2090-T3 sheet was expressed using plastic potentials previously proposed by Barlat et al. The implementation of the anisotropic strain-rate potential in the ideal forming design code is also briefly summarized.     

The application of abductive networks and FEM to predict the limiting drawing ratio in sheet metal forming processes

The deep drawing process, one of the sheet metal forming methods, is very useful in the industrial field because of its efficiency. The limiting drawing ratio (LDR) is affected by many material and process parameters, such as the strain-hardening exponent, the plastic strain ratio, friction and lubrication, the blank holder force, the presence of drawbeads, the profile radius of the die and punch, etc. In order to verify the finite element method (FEM) simulation results of the LDR, the experimental data are compared with the results of the current simulation. The influences of the process parameters such as the blank holder force, the profile radius of the die, the clearance between the punch and the die, and the friction coefficient on the LDR are also examined. The abductive network was then applied to synthesize the data sets obtained from the numerical simulation. The predicted results of the LDR from the prediction model are in good agreement with the results obtained from the FEM simulation. By employing the predictive model, it can provide valuable references to the prediction of the LDR under a suitable range of process parameters.     

DEFORMATION ANALYSIS OF SHEET METAL SINGLE-POINT INCREMENTAL FORMING BY FINITE ELEMENT METHOD SIMULATION

Single-point incremental forming （SPIF） is an innovational sheet metal forming method without dedicated dies, which belongs to rapid prototyping technology. In generalizing the SPIF of sheet metal, the deformation analysis on forming process becomes an important and useful method for the planning of shell products, the choice of material, the design of the forming process and the planning of the forming tool. Using solid brick elements, the finite element method（FEM） model of truncated pyramid was established. Based on the theory of anisotropy and assumed strain formulation, the SPIF processes with different parameters were simulated. The resulted comparison between the simulations and the experiments shows that the FEM model is feasible and effective. Then, according to the simulated forming process, the deformation pattern of SPIF can be summarized as the combination of plane-stretching deformation and bending deformation. And the study about the process parameters＇ impact on deformation shows that the process parameter of interlayer spacing is a dominant factor on the deformation. Decreasing interlayer spacing, the strain of one step decreases and the formability of blank will be improved. With bigger interlayer spacing, the plastic deformation zone increases and the forming force will be bigger.     

基于有限元逆算法的钣金展开设计

主要讨论了用有限元逆算法进行钣金展开计算的方法，并用方盒和叶片的展开设计算例验证了这种方法的有效性。同其它的展开算法相比，有限元逆算法是一种计算精度较高，计算时间短的数值模拟工具。     

金属板料冲压成形的数值模拟

本文采用有限元动力显式算法模拟金属板料冲压成形的加工过程。四结点蜕化壳单元和刚体壳单元分别用来建立权和模具的有限元模型;更新Ｌａｇｒａｎｇｅ法和速率型本构关系被用来处理板料变形中的大应变和大转动;材料模型采用塑性各向异性屈服与等向强化模型;通过主从面模型定义板料和模具的接触,接触算法采用运动约束法,摩擦力用库仓定律计算;并利用动力松弛法对回弹过程进行了计算。模拟结果和实际零件比较,证明模型合理,算法稳定,结果可靠,具有良好的应用价值。     

有限元逆算法与板料成形工艺的评价

依据理想形变理论，研究开发了冲压成形过程模拟的有限元逆算法，根据变形体的整体塑性功取相对极值的条件，导出了塑算法有限元方程。提出了求逆算法初始解以及求解与给定形状的毛坯相对应的冲压件形状的迭代计算方法。采用有限元塑算法预测了与冲压件形状相对应的冲压件毛坯的展开形状，根据给定的板坯形状计算了冲压件最终构形及应变分布。分析计算实例表明，逆算法可用于对板料成形工艺方案进行快速评价，对冲压工艺参数进行优化。     

利用ABAQUS与正交试验理论的TRB成形参数优化

在有限元软件ABAQUS中建立连续变截面板的数值模型,以影响变截面板矩形件成形的板料过渡区长度、板料过渡区位置和板料厚度比等为参数,以最大料厚减薄率和板料节约率等为考核目标,通过数值模拟和正交优化方法,对比分析不同方案下最大料厚减薄率和板料节约率,确定最优方案,以提高变截面板的成形性能.结果表明,厚度过渡区的长度对矩形件成形的影响最大,过渡区的位置次之,厚度比的影响最小.