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      一種基于變間隙壓邊的鋁板沖壓成形工藝優(yōu)化方法

      文檔序號:8487969閱讀:554來源:國知局
      一種基于變間隙壓邊的鋁板沖壓成形工藝優(yōu)化方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及汽車結(jié)構(gòu)件沖壓技術(shù)領(lǐng)域,具體地說是一種基于變間隙壓邊的鋁板沖壓成形工藝優(yōu)化方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002]輕量化是現(xiàn)代汽車設(shè)計制造的必然趨勢。整車質(zhì)量減小10%的情況下燃油效率能夠提高6%至8%,油耗能夠降低6%至10%,不僅提高了資源利用率,也減小了大氣污染。與此同時,汽車的相關(guān)性能將明顯提高,使用壽命也會延長。普通轎車車身質(zhì)量達到整車質(zhì)量的一半,減輕車身質(zhì)量對整車輕量化意義重大。
      [0003]目前車身輕量化的主要途徑是采用輕質(zhì)材料。鋁合金材料強度高、密度小,在滿足同等力學性能條件下質(zhì)量比鋼減少60%,發(fā)生碰撞時比鋼多吸收50%的能量,鋁板正逐漸取代鋼板成為汽車車身的主要材料。20世紀90年代末期,就已出現(xiàn)了從發(fā)動機罩、翼子板等部分車身鋁外板逐步發(fā)展為車身全部采用鋁外板的轎車,相對鋼板獲得了減重40?50%的效果。歐美鋁工業(yè)較發(fā)達,所以歐美在汽車鋁化方面走在前頭。德國奧迪AS型轎車車身均采用鋁材制造,框架采用立體框架式結(jié)構(gòu),覆蓋件為鋁板沖壓而成,曾被評為1994年全世界重要科技成果100項之一。這種鋁車身與鋼車身相比,質(zhì)量減輕30%?50%,油耗減低5 %?8 %。日本本田公司生產(chǎn)的轎車車身用鋁合金達162kg,比鋼車身減重約40 %。
      [0004]雖然鋁板作為車身材料已被應(yīng)用,但其沖壓成形仍然存在很多問題。鋁合金板在材料參數(shù)、失效準則、硬化規(guī)律等多個方面均與普通鋼板有較大區(qū)別,鋁合金較之鋼板極限延伸率和彈性模量低,局部拉延性比鋼板差,在沖壓成形過程中容易出現(xiàn)起皺和拉裂等成形缺陷。因此,板料成形工藝的優(yōu)化一直是國內(nèi)外學者研宄的熱點。
      [0005]變壓邊力技術(shù)是改善板料成形性能的重要方法。Tetsuya Yagami等人在3個液壓缸上使用36個壓邊力控制模塊來控制材料的流動,優(yōu)化了壓邊力;Kozo Osakada通過控制FEM確定了最優(yōu)壓邊力加載曲線;龔志輝等人結(jié)合響應(yīng)面技術(shù)和遺傳算法獲得了隨行程變化的最優(yōu)變壓邊力曲線;孫成智等人基于M-K法研宄了變壓邊力對鋁板沖壓成形過程的應(yīng)變路徑的影響,結(jié)果表明隨時間漸增的變壓邊力能提高杯形拉深件的成形性能;陳關(guān)龍等人通過數(shù)值模擬研宄了隨位置變化的壓邊力對矩形盒形件成形質(zhì)量的影響;包友霞等人改進了基于網(wǎng)格法和單純形法的混合算法,結(jié)合仿真軟件優(yōu)化了一球頭柱形杯零件的變壓邊力方案,減小了其局部最大減薄率。
      [0006]盡管板料成形的變壓邊力技術(shù)已經(jīng)取得了很大成效,但變壓邊力的實現(xiàn)對壓機的要求比較高。對于普通壓機,要實現(xiàn)變壓邊力不僅難度大,而且成本高,不能滿足實際生產(chǎn)的需求。在沖壓過程中,壓邊間隙直接決定了壓邊力的大小,因此國外某些學者提出了變間隙壓邊的成形工藝技術(shù)。但是目前的研宄只是針對孤立的樣本點進行分析,沒有針對優(yōu)化目標求解最優(yōu)參數(shù)組合。鑒于此,本發(fā)明提出先建立各壓邊塊到凹模的間隙值與成形質(zhì)量之間的數(shù)學模型,然后結(jié)合試驗設(shè)計方法、響應(yīng)面近似模型技術(shù)和多目標優(yōu)化方法搜尋最優(yōu)解,為鋁板沖壓的成形工藝優(yōu)化提供了一種新的手段。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0007]本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種基于變間隙壓邊的鋁板沖壓成形工藝優(yōu)化方法。
      [0008]為實現(xiàn)上述目的,設(shè)計一種基于變間隙壓邊的鋁板沖壓成形工藝優(yōu)化方法,其特征在于:包括如下步驟,
      步驟一、建立數(shù)學模型:確定自變量及優(yōu)化目標,建立各壓邊塊到凹模的間隙值與成形質(zhì)量之間的數(shù)學模型;
      步驟二、確定設(shè)計方法:根據(jù)試驗因素、各因素水平以及試驗次數(shù)確定一種試驗設(shè)計方法安排采樣;
      步驟三、劃分網(wǎng)格:結(jié)合實際工況、定義材料參數(shù)、運動參數(shù)、摩擦系數(shù)來進行劃分網(wǎng)格,所述的劃分網(wǎng)格為有限元網(wǎng)格劃分;
      步驟四、仿真:根據(jù)劃分網(wǎng)格所限定的條件對采樣結(jié)果進行數(shù)據(jù)模擬仿真,得到板料的厚度分布圖;
      步驟五、選取近似模型:建立優(yōu)華問題的近似模型;
      步驟六、優(yōu)化:根據(jù)所建立的近似模型,運用一種優(yōu)化計算方法得到最優(yōu)解;
      步驟七、組合仿真:在其他仿真條件不變的情況下,采用最優(yōu)解中的參數(shù)進行組合仿真,驗證該方法的可行性。
      [0009]所述的建立數(shù)學模型包括如下步驟,
      步驟一、模型準備:了解產(chǎn)品的實際背景,弄清產(chǎn)品的特征,明確建模目的及搜集建模所需的數(shù)據(jù)信息;
      步驟二、模型假設(shè):根據(jù)產(chǎn)品的特征和建模的目的對產(chǎn)品進行合理的簡化,用精確的語言作出假設(shè);
      步驟三、模型構(gòu)成:根據(jù)假設(shè)分析的因果關(guān)系和內(nèi)在規(guī)律,選擇適當?shù)臄?shù)學工具構(gòu)造各個量之間的關(guān)系;
      步驟四、模型求解:采用畫圖形或者解方程或者邏輯分析或者數(shù)據(jù)計算對模型求解;步驟五、模型分析:對模型求解的結(jié)果進行誤差分析、模型對數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性分析或者靈敏性分析;
      步驟六、模型檢驗:將模型分析的結(jié)果翻譯回歸到實際情況中,與實際的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象進行比較,檢驗模型的適用性及合理性。
      [0010]所述的確定設(shè)計方法為全因子設(shè)計或者中心復合設(shè)計或者均勻設(shè)計或者正交設(shè)計或者拉丁超立方設(shè)計。
      [0011]所述的有限元網(wǎng)格劃分的具體步驟如下,
      (1)將UG軟件或者CATIA軟件中做好工具體和板料曲面轉(zhuǎn)換成IGS格式;
      (2)將IGS格式導入DYNAF0RM軟件中;
      (3)在DYNAF0RM軟件中點擊前處理模塊中的曲面網(wǎng)格劃分命令,當劃分工具體網(wǎng)格時選擇TOOL MESH命令,當劃分板料則選擇PART MESH命令;
      (4)網(wǎng)格劃分進行檢查單元的重量。
      [0012]所述的有限元網(wǎng)格劃分的方法為映射法或者Delaunay三角形剖分法或者四叉樹法。
      [0013]所述的數(shù)據(jù)模擬的算法為靜力隱式算法或者動力顯示算法,仿真所用的軟件為DYNAF0RM5.9。
      [0014]所述的選取近似模型的方法為多項式響應(yīng)面模型或者人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型或者Kriging 模型。
      [0015]所述的優(yōu)化計算方法為粒子群算法或者遺傳算法或者蟻群算法。
      [0016]所述的優(yōu)化計算方法所用的軟件為Isight5.7。
      [0017]本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比,通過建立各壓邊塊間隙與成形質(zhì)量之間的數(shù)學模型,結(jié)合試驗設(shè)計方法、響應(yīng)面技術(shù)和多目標優(yōu)化方法得到最優(yōu)壓邊塊間隙組合,改善鋁板沖壓成形過程中的起皺和拉裂,為鋁板的沖壓成形工藝優(yōu)化提供了一種具有創(chuàng)新性和可行性的方法。
      【附圖說明】
      [0018]圖1為本發(fā)明優(yōu)化方法流程圖。
      [0019]圖2為產(chǎn)品模型示意圖。
      [0020]圖3為壓邊圈分塊圖。
      [0021 ] 圖4為Pareto最優(yōu)解集示意圖。
      【具體實施方式】
      [0022]下面根據(jù)附圖對本發(fā)明做進一步的說明。
      [0023]如圖1所示,一種基于變間隙壓邊的鋁板沖壓成形工藝優(yōu)化方法,包括如下步驟, 步驟一、建立數(shù)學模型:確定自變量及優(yōu)化目標,建立各壓邊塊到凹模的間隙值與成形質(zhì)量之間的數(shù)學模型;
      步驟二、確定設(shè)計方法:根據(jù)試驗因素、各因素水平以及試驗次數(shù)確定一種試驗設(shè)計方法安排采樣;
      步驟三、劃分網(wǎng)格:結(jié)合實際工況、定義材料參數(shù)、運動參數(shù)、摩擦系數(shù)來進行劃分網(wǎng)格,所述的劃分網(wǎng)格為有限元網(wǎng)格劃分;
      步驟四、仿真:根據(jù)劃分網(wǎng)格所限定的條件對采樣結(jié)果進行數(shù)據(jù)模擬仿真,得到板料的厚度分布圖;
      步驟五、選取近似模型:建立優(yōu)華問題的近似模型;
      步驟六、優(yōu)化:根據(jù)所建立的近似模型,運用一種優(yōu)化計算方法得到最優(yōu)解;
      步驟七、組合仿真:在其他仿真條件不變的情況下,采用最優(yōu)解中的參數(shù)進行組合仿真,驗證該方法的可行性;即網(wǎng)格劃分方法及其質(zhì)量要求、工具體位置、板料的材料及位置、摩擦系數(shù)、拉延筋、過程參數(shù)和控制參數(shù)等不變,用得到的最優(yōu)參數(shù)組合重新建立壓邊圈的有限元模型進行仿真。比較優(yōu)化前后零件產(chǎn)品區(qū)域的最大減薄率和最小增厚率,如果優(yōu)化后的最大減薄率和最小增厚率減小則優(yōu)化結(jié)果可接受,反之則需重新安排采樣和建立近似模型進行優(yōu)化。
      [0024]建立數(shù)學模型包括如下步驟,
      步驟一、模型準備:了解產(chǎn)品的實際背景,弄清產(chǎn)品的特征,明確建模目的及搜集建模所需的數(shù)據(jù)信息;
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