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

以影响锻件质量的重要因素--锻造预成形模具形状为研究对象,对锻造过程展开同时包括锻件变形力和变形均匀性两个方面的优化设计的研究.研究目标是使锻件变形最均匀的同时变形力最小,即获得变形均匀性和变形力综合性能最好的终锻件.基于有限元数值模拟方法,采用有限元灵敏度分析方法,首次对同时控制锻件变形均匀性和变形力的锻造过程预成形进行多目标优化设计研究.给出总目标函数和各子目标函数的表达形式,并详细推导各目标函数相对于优化设计变量的灵敏度.利用自行开发的程序,对断面为H形的轴对称锻件进行预成形多目标优化设计,给出优化过程中总目标函数及各子目标函数、预成形模具形状、预成形件形状及终锻件等效应变和y向应力的分布变化情况.结果表明,通过对预成形模具形状进行优化设计,总目标函数、变形均匀性子目标函数和变形力子目标函数分别下降了13%,33%和6%左右,达到了同时对锻件变形均匀性和变形力进行优化的目的.     

锻造预成形多目标优化设计的研究

采用有限元灵敏度分析方法，首次对锻造过程预成形进行了多目标优化设计研究。多目标包括锻件的形状及其变形均匀性两个方面，优化设计的目标是使锻件的形状和变形均匀性综合性能最好。提出了新的无量纲的锻件形状子目标函数和变形均匀性子目标函数，并给出了总目标函数和各子目标函数的表达形式，并详细推导了各目标函数相对于优化设计变量的灵敏度。应用该方法对截面为H形的轴对称锻件进行了预成形优化设计，取得了良好的效果。     

控制变形力的锻造预成形优化设计研究

以刚黏塑性有限元为基础,采用基于灵敏度分析的正向模拟优化法,以直接设计预成形模具形状为目标,提出并建立了一种控制变形力的灵敏度分析理论和模具形状优化设计方法。给出了目标函数的表达形式,确定了优化设计变量,推导了目标函数对优化设计变量的灵敏度,利用FORTRAN语言开发了变形力预成形优化设计程序,并对一平面应变变形的H形锻件进行了预成形优化设计,得到了目标函数及终锻件Y向应力分布随优化迭代次数的变化情况。     

控制变形力的锻造预成形优化设计研究

以刚黏塑性有限元为基础,采用基于灵敏度分析的正向模拟优化法,以直接设计预成形模具形状为目标,提出并建立了一种控制变形力的灵敏度分析理论和模具形状优化设计方法。给出了目标函数的表达形式,确定了优化设计变量,推导了目标函数对优化设计变量的灵敏度,利用FORTRAN语言开发了变形力预成形优化设计程序,并对一平面应变变形的H形锻件进行了预成形优化设计,得到了目标函数及终锻件y向应力分布随优化迭代次数的变化情况。     

基于有限元的锻件变形力优化设计

以降低锻件变形力为优化设计目标,采用刚粘塑性有限元法,对锻造预成形优化设计进行了研究。给出了优化设计的目标函数,确定了优化设计的设计变量和优化设计方法,采用FORTRAN语言编制了相应的优化设计程序,并对一典型的轴对称H形锻件进行了优化设计,给出了优化设计的结果。结果表明,经过优化,锻件的变形力明显降低。     

基于变形均匀性的锻造模具形状优化设计方法

以直接设计预成形模具形状为目标,提出并建立了一种控制变形均匀性的灵敏度分析理论和模具形状优化设计方法。以任意单元的等效应变与所有单元的平均等效应变的差值的平方和作为目标函数,Ｂ样条曲线表示模具形状,Ｂ样条曲线控制点坐标作为优化设计变量,优化设计的目标是通过设计预成形模具形状使目标函数最小,即使整个工件的变形尽可能均匀。给出了目标函数的表达形式,详细推导了目标函数、单元等效应变率和单元各应变率分量对优化设计变量的灵敏度,给出了优化设计的步骤。应用该方法对圆柱体平模镦粗工艺进行预成形优化设计,给出了相应的优化设计结果,并提出了一种检验优化结果的变形均匀因子,优化与未优化结果的比较表明优化取得了良好的效果。     

汽轮机叶片锻压成形参数的灰色多目标优化

为了得到较好质量的汽轮机叶片锻件,以影响汽轮机叶片锻造成形过程的毛坯初始温度、模具预热温度、锻压速度、摩擦因数四个主要工艺参数作为研究对象,运用灰色系统理论对汽轮机叶片的锻造成形过程展开了以控制锻件变形均匀性为目标的优化设计。以锻压过程中锻件变形均匀的同时变形应力最小作为优化目标,得到了各工艺参数在不同水平下与变形均匀性和变形应力的关联系数和关联度,确定了一组工艺参数的优选组合。经试验验证,变形均匀性与变形应力分别下降了10.1%与8.8%左右,起到了优化作用。     

非等温成形过程中的预锻模具形状优化设计

采用塑性有限元、灵敏度分析和工程优化算法相结合的方法,对非等温成形过程中预锻模具形状进行了优化设计。预锻模具形状采用三次B样条函数表示,B样条函数的控制点作为设计变量,通过优化预锻模具形状,可实现净形锻造,得到无飞边完全充满模腔的合格终锻件。给出了模具形状优化设计步骤,推导了速度灵敏度方程和温度灵敏度方程。最后以一轴对称圆盘锻造过程为例,对预锻模具形状进行了优化设计。     

基于数值模拟的锻造预成形优化设计系统集成

净形和近净形制造要求锻造预成形设计不仅要实现产品的形状,而且要实现材料、能耗、锻件质量等目标优化。仅仅依靠经验已不可能达到优化设计的要求,必须借助于数值模拟结果中包含的丰富的信息来指导设计。本文提出了基于数值模拟的锻造预成形优化设计系统框架,针对现有的设计和分析工具功能强大却相对独立的特点,提出了可实现预成形优化设计的设计和分析工具集成的方法。     

基于响应面法的球铰芯轴预成形多目标优化

以汽车推力杆球铰芯轴为例,运用正交设计试验与响应面二阶预测相结合的方法对锻造过程中预成形设计的多目标问题进行了优化。首先,以模具型腔充填率和提高锻件变形均匀性为目标,设计了正交试验,得到了影响综合成形性的主要因素,运用MATLAB软件对其中两个主要影响因子进行了精确预测,并通过优化图对优化结果进行了讨论。其次,在此优化结果的基础上以降低终锻成形力和模具最大等效应力为目标运用等径设计建立了响应面二阶模型进行了预成形再设计。通过预成形设计,得到了最佳的工艺参数,生产出了符合要求的产品。     

基于渐进优化的锻造预成形优化设计研究

体积成形的预成形设计及优化是金属多工序成形设计领域的难点之一,也是获得高质量产品的关键。借鉴渐进结构优化(Evolutionary structural optimization,ESO)的思想,并考虑体积成形特点,建立一种针对体积成形预成形设计的方法——拓扑优化法,并详细给出该方法的优化策略、单元增删准则、插值处理等关键技术。利用自行开发的优化程序,结合DEFORM-2D有限元模拟软件,以理想充填模膛、改善锻件变形均匀性为目标,以静水压力的大小作为单元的增删准则,对开式模锻下轴对称结构的盘形锻件预成形几何外形进行优化设计。优化结果表明,该方法算法原理清晰明确,实现方便,整个过程集成化以后,从模拟到优化均可实现自动进行,运行效率高,同时也有较高的优化精度,预成形结构比较理想。     

Evolutionary forging preform design optimization using strain-based criterion

Preform design plays an important role in forging design especially for parts with complex shapes. In this paper, an attempt was made to develop a topological optimization approach for the preform design in bulk metal forming processes based on the bidirectional evolutionary structural optimization strategy. In this approach, a new strain-based element addition and removal criterion has been proposed for evaluating and optimizing the material flow in the forging process. To obtain a smooth preform boundary, a closed B-spline curve based on the least square algorithm is employed to approximate the uneven surface of the updated preform profile. A C# program has been developed to integrate the FE simulation, shape optimization, and surface approximation processes. Two 2D forging preform design problems are evaluated by using the developed method. The results suggest that the optimized preform with the strain uniformity criterion has shown better performance in improving the material flow and deformation uniformity during the forging process. The results also demonstrate the robustness and efficiency of the developed preform optimization method.     

锻件变形均匀性控制的研究

在已有研究工作的基础上，对控制变形均匀性的目标函数进行修改，考虑到单元体积的影响，把单元体积以权因子的方式加入目标函数，可以应用于复杂的变形过程。给出了目标函数的表达形式，详细推导了目标函数，单元体积、单元节点坐标对优化设计变量的灵敏度。应用该方法对圆柱体平模镦粗工艺进行预成形优化设计。给 出了相应的优化设计结果，与没有优化的情况进行了比较，结果表明优化取得了良好的效果。     

车门铰链锻压成形工艺数值模拟优化研究

以减少锻件飞边体积为优化目标,对一款车门铰链的热锻成形过程进行了数值模拟研究,优化成形工艺,减少飞边体积,提高锻件的质量.     

多型腔锻造过程预锻模形状优化设计

采用刚粘塑性有限元,灵敏度分析和工程优化算法结合的方法,对一典型的多型腔齿轮坯锻件进行了预成形优化设计。通过优化预锻模具形状,可得到完全充满意型腔少无飞行的终锻件,给出了灵敏度分析的基本公式和优化迭代步骤,并提出了贮存灵敏度刚度矩阵,减小优化设计变量的方法,大大提高了程度和运行速度。