基于类等势场法的轮盘锻件预成形多目标优化设计

以轮盘类锻件为例,结合数值模拟与优化算法,研究基于类等势场法的锻件预成形多目标优化设计。首先,模拟分析坯料在预锻和终锻过程中的充填情况、变形均匀性和成形载荷,发现存在充填不足、折叠等缺陷。然后,以锻造充填率为响应值,基于静电场模拟结果进行响应面分析,获得预锻件最佳体积比和等势线取值范围。最后,以电势值为设计变量,对锻件预成形进行基于变形均匀性和终锻成形载荷的多目标优化设计,最终得到电势值取0.2370 V时为最优解。结果表明,优化后锻件充填效果良好,无折叠等缺陷,等效应变方差由0.4000降为0.1945,应变分布更为均匀,终锻成形载荷由1.22×10⁵ kN降为9.71×10⁴ kN,优化效果显著,可为同类锻件的生产提供借鉴和理论指导。     

面向微观组织优化的锻造工艺预成形优化设计

以锻件晶粒尺寸细小均匀为目标,以预成形形状设计为对象,提出了锻造成形过程微观组织优化设计方法,构建了锻造成形过程微观组织优化目标函数,并确定锻造成形预成形形状作为优化过程的设计变量,给出了优化设计的具体步骤,采用微观遗传算法和有限元模拟方法开发了锻造过程微观组织优化程序,并对典型的圆柱体镦粗进行了面向微观组织优化的预成形设计,取得了较好的效果.     

面向微观组织优化的锻造工艺预成形优化设计及实验研究

以锻件晶粒尺寸细小均匀为目标,以预成形形状设计为对象,提出了锻造成形过程微观组织优化设计方法,构建了锻造成形过程微观组织优化目标函数,并确定锻造成形预成形形状作为优化过程的设计变量。采用遗传算法和有限元模拟相结合的方法,开发了锻造过程微观组织优化程序,对典型的H型锻件进行了面向微观组织优化的预成形设计,取得了较好的效果。并根据优化设计的结果进行了实验研究,优化结果的晶粒尺寸及其分布趋势与实验结果比较吻合。     

复杂锻件的坯料预成形优化设计方法

为了提高复杂锻件坯料预成形设计的计算效率,提出了一种基于数值模拟和正交设计相结合的坯料预成形优化设计方法。这种方法以数值模拟为计算工具、以正交设计为优化手段,将优化过程与有限元计算分离开。将此方法应用于某机匣锻件预成形坯料优化设计,获得了良好的效果,确定了各设计变量对目标函数的影响程度和影响趋势。所提出的方法对复杂锻件的坯料预成形优化设计具有重要意义。     

基于响应面法的弧形铝合金锻件锻造工艺的多目标优化

为了获得优化的锻造成形工艺参数,提出了基于响应面法的工艺参数多目标优化策略。以大型弧形锻件的应变均匀性和锻造变形力作为评价指标,建立了有限元数值模拟与响应面法相结合的分析模型。回归模型拟合度达87.58%,工艺参数的最佳组合为飞边槽高度5.682 mm、锻造速度7.25 mm/s、摩擦系数0.21。采用优化的工艺参数能使应变均匀性有很大的改善,并有效地降低了锻件变形力。     

基于响应面法的大型铝合金锻件的多目标成形优化

以大型铝合金锻件为研究对象,以锻件的应变均匀性及锻造变形力作为评价指标,提出了采用正交实验并进行响应面法建模分析,得到了二阶响应面模型。通过数值模拟验证模型准确性,可用于后续优化。求得目标函数设计空间中的最佳工艺参数组合为:飞边槽高度3.56 mm、锻造温度451℃、摩擦系数0.35和成形速率7.25 mm·s-1。采用Deform对优化后的工艺参数进行验证,优化后锻件的成形均匀性较好,并可以降低锻件成形载荷。根据优化结果,对铝合金锻件进行生产试制,结果表明,通过多目标优化后得到的锻件尺寸及性能均满足要求,设备成形载荷能较好地满足要求。     

基于微观组织优化的锻造工艺预成形及毛坯形状优化设计

以锻件晶粒尺寸细小均匀为目标,以预成形形状设计为对象,提出了锻造成形过程微观组织优化设计方法,构建了晶粒尺寸、锻件形状子目标函数以及无量纲化的总目标函数,确定了预成形形状作为优化过程的设计变量;给出了优化设计的具体步骤,采用微观遗传算法和有限元模拟方法开发了基于预成形设计的锻造过程微观组织优化程序;并对典型的圆柱体镦粗进行了面向微观组织优化的预成形设计,给出了能够获得具有良好微观组织的镦粗成形预成形模具型腔形状。通过分析不同高径比的初始毛坯形状对微观组织优化目标函数值的影响,给出了较为合理的初始毛坯形状高径比取值范围。     

轴类零件冷锻成形的预成形工步设计及优化

以大高径比轴对称锻件的预成形设计为例,以预锻工步多目标的优化设计为目的,提出一种预成形新方法.从给定的最终成形件形状出发,基于Deform-3D软件进行数值模拟,采用正向设计,初步计算各预成形工步的几何参数,充分考虑了模腔的充填、降低终锻力、提高变形均匀性及减小材料最大损伤值等方面因素后,从终锻工步出发,逆向调试并优化各预成形工步的参数,并将模拟结果与实验结果作比较.实验结果表明,逆向技术在多工步锻造的预成形工步设计上具有指导意义.     

基于有限元灵敏度分析的锻造成形微观组织优化设计

采用有限元、灵敏度分析与工程优化算法相结合的方法,以能充满型腔且少无飞边的终锻件的晶粒度分布均匀化为目标,以预成形形状为优化对象,对锻造成形过程的微观组织进行了优化设计。采用三次B样条函数描述预成形模具形状,并以B样条函数的控制点坐标为设计变量,给出了锻造过程微观组织演变的模型,建立了衡量锻件充型性能及微观组织分布均匀化的目标函数,推导了目标函数对设计变量的灵敏度,给出了优化设计步骤。并以一典型H型锻件为例,对锻件的微观组织进行了优化,取得了较好的结果。     

锻造过程优化设计目标的研究

本文以锻造过程为研究对象，对锻造过程优化设计常用的目标函数进行了分析与综合，给出了包括材料消耗、终锻力、变形能、锻件质量等研究指标的目标函数，并对锻造过程的多目标优化设计的目标函数的组合形式进行了研究，提出了一个同时以获得净形锻造和变形均匀锻件为目标的多目标优化设计的目标函数的表示形式，最后给出了一个以实现净形锻造为优化设计目标的预成形模具形状优化设计的实例。     

换辊小车横移车架结构的多目标优化设计

为了保证换辊小车横移车架刚度在符合要求的前提下达到轻量化的要求,提出了基于重量和刚度为目标函数的横移车架多目标优化设计方法。首先,对横移车架进行了静态特性分析,得到换辊时横移车架的应力分布和变形情况;然后,建立由设计变量所决定的车架重量和刚度的多目标优化数学模型,通过中心复合试验设计法选取合适的分析样本点,并在ANSYS Workbench软件中对样本点处的静态特性进行计算和分析;最后,为了降低多目标优化计算量,先通过Shifted Hamersley抽样技术产生一个次优的初始解集,再运用多目标遗传算法对横移车架的质量和最大变形进行多目标优化获得Pareto优化解集。结果表明,优化后横移车架最大变形量减少10%,重量减小3%,并且车架变形及应力分布更加合理。     

双主轴铣削加工中心立柱的静动特性分析及多目标优化

针对采用传统方法设计的立柱静、动刚度存在薄弱和不足的问题,通过建立立柱受力模型,对立柱进行静力分析、模态分析以及谐响应分析,确定立柱静动刚度薄弱的部位和方向;根据分析结果,选取8个结构尺寸为设计变量,以总变形量、前3阶频率加权平均值和质量为优化目标,建立多目标优化数学模型,通过多目标遗传算法和灵敏度分析得到优化结果。结果表明:立柱总变形量减小了5.5%,质量减少了1.2%,前3阶频率加权平均值增加了2.17%,X、Y方向峰值响应分别减小了75.5%、75.44%,达到了优化的目的。     

基于响应面法的玻璃钻孔支撑结构优化设计

对玻璃进行钻孔加工过程中,机床中钻孔支撑结构的变形会使钻头发生偏移,降低钻孔的质量,提出了以最小化钻孔支撑结构的变形量和构件质量为优化目标的结构优化设计方法.考虑到支撑结构多目标优化模型缺乏的问题,在ANSYS Workbench软件中进行钻孔支撑结构的有限元分析,通过试验点选取、拟合函数选择和响应面合理性评估,建立了...     

热沉对焊接残余变形的影响及参数优化分析

对常规的熔化极保护气体焊（MAG）和动态控制低应力无变形（dynamicallycontrolled low stress no-distortion,DC-LSND）MAG焊进行了数值仿真,并对实际的DC-LSND焊件进行了测量,数值仿真结果与试验结果吻合良好.以构架侧梁的焊接残余变形为研究对象,利用数值仿真模型并结合优化算法对热沉参数进行了优化分析,得到了相应的最优方案.结果表明,最优参数下DC-LSND MAG焊控制焊接残余变形的效果明显.     

检具底座变形分析与结构优化

基于CAE技术对某汽车检具底座的承载能力进行了分析,获得底座结构的最大变形量,并基于分析结果对底座各部分的承载能力进行了评估,对检具底座结构进行了减重优化设计。研究结果为检具底座结构的拓扑优化提供了相关依据,节约了产品材料,降低了研发成本。     

大型机床床身热变形及其结构优化

在采用Pro/Engineer软件建立大型床身三维几何模型的基础上,运用Pro/Mechanica模块对该模型进行了热变形有限元分析,获得了热平衡状态下的床身温度场分布情况以及床身沿Y、Z方向的热变形量。依据分析结果,对床身的内部结构进行优化并增添外部冷却装置,然后再次进行热变形有限元分析和效果验证。在以上研究的基础上,进行了床身温升与热变形实验。研究结果表明,有限元分析值与检测值一致性较佳,经过优化设计的床身热变形量明显减小,既有效提升了工作效率,又降低了生产成本,使机床精度进一步提升。     

汽车齿轮试验机电主轴优化设计

以一种汽车齿轮监测电主轴为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS Workbench优化设计功能,对主轴的悬伸量、跨距和电机转子安装位置进行优化设计。优化后,主轴径向变形减少8.7%,轴向变形减少3.3%。经出厂测试,在最大转速2 000 r/min时,噪声仅为65 d B,最大振动值为0.456 m/s~2,更好地满足了设计要求,提高了主轴质量。     

基于遗传算法的接头类薄壁件装夹布局优化设计

以接头类薄壁件为研究对象,针对其在铣削加工中装夹位置的优化设计进行研究。利用UG对四刃立铣刀和零件进行了三维建模。通过有限元分析软件ABAQUS,对不同装夹位置对接头结构件变形的影响进行了模拟。以平均变形量最小为目的,基于MATLAB遗传算法对装夹位置进行了优化计算,确定了最优装夹位置。为航空接头结构件铣削加工中装夹位置对变形的控制提供了有效的方法。     

卷板机辊筒的优化分析

辊筒是卷板机最重要的部件,它所占的质量也是最大的,因此,在满足工作要求的前提下减少辊筒质量,能够有效地降低生产成本。研究采用非线性动力学分析方法,运用ANSYS和Workbench对辊筒进行数值分析,得到辊筒在卷板过程中的变形图,并在Workbench中采用Design Exploration优化分析模块对辊筒进行结构优化,辊筒的总质量由原来的10080 kg减小到优化后的8858 kg,同时辊筒长度由原先的2.2 m减小到2.06 m。最终结果证明:使用非线性动力学分析方法能够准确地得到卷板过程中辊筒的变形,经过Workbench优化后的辊筒尺寸和质量明显减小,生产成本更低。     

Effect of prestressed ultrasonic peen forming parameters on bending curvature and spherical deformation of plate

The elastic prestressed ultrasonic peen forming (UPF) was adopted in order to solve problems of insufficient bending deformation and large spherical deformation of plate during free UPF. The theoretical analysis of prestressed UPF and the influence of elastic prebending moment on deformation were analyzed. Spherical deformation coefficient was defined to quantificationally describe the spherical deformation. Experiments were conducted to compare the differences between free UPF and prestressed UPF processes and the effects of processing parameters on bending curvature and spherical deformation coefficient were studied. The results show that peening trajectory in chordwise direction is beneficial to enlarging spanwise bending deformation and decreasing spherical deformation coefficient. Large prebending curvature is helpful to increase spanwise bending deformation and decrease chordwise deformation, thereby obviously decreasing spherical deformation coefficient. Large spanwise deformation can be obtained under large firing pin velocity, small plate thickness and small offset distance. Large firing pin velocity plays a positive role in decreasing spherical deformation, while plate thickness and offset distance have little effect on it. Above all, prebending curvature and peening trajectory are the most important factors during prestressed UPF process. This study provides guidance for parameters optimization of prestressed UPF for wing plate with large thickness.