一种可变规格板材下料的优化方法

针对零件在一批大小和成本不同的板材上下料(可变规格板材下料)的问题,以下料方案对应的成本最优为目标,提出了一种结合遗传算法和模拟退火算法的混合优化方法.该方法以遗传算法为主体,利用遗传算法优化板材序列和零件序列,通过优化板材序列实现板材使用优化,平衡了板材成本、利用率和使用数量;解码过程通过对排样板材间零件以模拟退火方式优化调整,提高了板材总体利用率,得到了比现行方法更优的下料方案.通过算例和相关应用,验证了文中方法的有效性.     

基于ANSYS的轮廓测量装置支架优化设计

为提高轮廓测量装置支架的精度,有效防止支架变形,提出以降低支架最大变形和最大应力为目标的多目标优化设计方法。利用有限元软件ANSYS对支架进行静态特性分析,基于静态分析的结果,结合中心复合试验设计方法进行响应面建模,采用多目标遗传算法对响应面模型进行优化,从而获得Pareto最优解集。优化后支架最大变形和最大应力分别减少了38%和21%,表明所提方法具有一定的工程实用性。     

数控铣床工作台多目标优化研究

基于正交试验原理,选取工作台13个设计变量安排正交试验,根据正交试验结果,分别建立工作台质量、最大变形量和前3阶固有频率的灵敏度函数,根据灵敏度分析结果,选择5个敏感设计变量安排中心复合试验,根据中心复合试验结果,分别建立工作台质量、最大变形量和前3阶固有频率的响应面模型,利用响应面模型建立工作台多目标优化模型,借助Matlab软件遗传算法工具箱对多目标优化模型求解,优化效果显著,质量、最大变形量分别下降了2.01%和14.79%,前3阶固有频率分别提高了11.84%、12.81%和10.63%。     

超磁致伸缩执行器位移模型的参数辨识

准确辨识模型参数是提高超磁致伸缩执行器位移控制精度的关键,针对单一算法难以实现对超磁致伸缩磁滞非线性模型参数准确识别的问题,将遗传算法与模拟退火算法融合,首先利用遗传算法的快速搜索能力得到一个较优群体,再利用模拟退火算法的突跳能力对整个群体进行优化调整,并在算法中引入最优保留策略和动态步长搜索方法,提出一种改进的遗传模拟退火算法,并将其应用于对超磁致伸缩执行器位移磁滞非线性模型参数辨识。该算法兼具遗传算法和模拟退火算法的优点,既有较快的收敛速度,又提高了辨识精度和最优解质量。通过试验验证,超磁致伸缩棒伸长量的模型计算结果与测量值符合程度较好,平均相对误差为3.85%,该方法能方便有效地辨识模型参数。     

基于SA-GA自适应压缩感知的风力机齿轮振动信号压缩与重构方法

为应对风力机齿轮箱振动信号压缩与重构过程存在复杂的参数设置问题,提出了基于模拟退火多种群遗传算法（Simulating Annealing and Multiple Population Genetic Algorithm,SA-MPGA）自适应设置过完备学习字典生成、振动信号压缩、压缩信号重构过程所需参数集。在传统遗传算法基础上引入多种群思想,增加了遗传算法对解空间的覆盖。在种群繁衍时个体选择引入模拟退火策略在种群进化过程中以不同概率接受一定程度的劣解,从而有助于遗传算法跳出局部最优解的缺陷。基于SA-MPGA的多参数自适应选择降低了传统遗传算法容易收敛到局部最优解的概率。应用实际工程数据验证基于SA-MPGA多参数优化问题,实验结果表明,在保持压缩率的前提下,基于模拟退火多种群算法比基于遗传算法重构信号与原始信号的峰值信噪比提升了16.5%,相关性提升了12.5%,均方根误差降低了13.4%。     

TC4钛合金板料激光冲击成形过程的有限元仿真

激光冲击成形集板材成形和材料改性于一体,利用激光诱导高幅冲击波的力效应使板料产生塑性变形,是一种无模、柔性成形新工艺。本文使用商业有限元分析软件ABAQUS进行了钛合金板料激光冲击成形过程的仿真研究,分析了钛合金板料厚度、激光能量、约束孔径、激光光斑间隔四种因素对材料变形量和应力应变的影响。研究表明:随着板料厚度的增加,板料变形范围逐渐减小,变形量先减小后增大;随着激光能量的增大,材料的变形量线性增加;激光约束边界孔径越大,板料变形量越大;适当的光斑间隔并不会对零件成形精度造成较大影响,在满足精度要求的条件下,为提高效率可以考虑采用间隔光斑进行冲击成形。     

精密数控磨床立板的多目标综合优化设计

为了寻找精密数控磨床中存在的薄弱环节,通过模态分析和谐响应分析进行识别,确定立板为要优化的关键部件。首先运用拓扑优化方法,优化立板的材料分布。然后以立板的最大变形量、质量、一阶固有频率为优化目标,结合响应面法对立板进行多目标优化,基于多目标遗传算法寻优,计算得到最优Pareto解。最后通过验证,立板的最大变形量减少了3.83%,质量减小了25.35%,一阶固有频率提高了22.33%。同时磨床在各方向的振幅也有所减小,整机动态性能得到改善。     

钛合金板料激光冲击变形的数值模拟和实验

实验研究了激光能量和不同的冲击路径、冲击次数对TA2钛合金板料变形的影响，并用ABAQUS软件进行了有限元模拟。结果表明：随着激光能量的增加，板料的变形量增大；板料几何尺寸和厚度越大，板料越难变形；冲击次序不同，板的变形量也不同，板的变形以沿板的长度方向且对称冲击为最大。通过数值模拟可优化激光冲击的相关参数，预测板料变形。     

自由曲面轮廓仪机架多目标优化设计

针对复杂机床结构优化过程中,通常难以处理各个设计参数之间的关联关系的问题,提出了一种结合数值模拟和优化算法进行多目标优化设计的方法。在Isight平台中调用SolidWorks和Workbench插件进行试验设计,通过最优拉丁超立方试验设计方法（optimal latin hypercube algorithm,OLHA）设计样本点,用生成的样本点构建泛克里金近似模型,并使用交叉验证证明模型的可靠性和有效性,以最大位移变形量最小和一阶固有频率最大为优化目标,运用多岛遗传算法（multi-island genetic algorithm,MIGA）进行寻优计算来获取最优解。优化后的一阶固有频率为221.31 Hz,较优化前增加了8.43%,最大变形为0.001 888 mm,减小了18.45%,实现了机架的多目标优化设计。     

多点柔性工装装夹布局优化研究

薄壁件在多点柔性工装系统定位和支撑作用下,支撑单元布局对其加工变形的影响尤为明显。为此,结合有限元技术、正交实验理论和多元非线性回归的方法,提出以支撑单元的布局为设计参数,建立以薄壁件的最大变形和平均变形为指标的加工变形预测模型。为了简化计算,采用加权的方法将多目标预测模型转化为单目标预测模型,进一步以该单目标预测模型为目标函数,采用全局寻优能力较强的遗传算法进行优化计算,得到理论最优的装夹布局。实验结果表明:多点柔性工装系统的装夹布局与薄壁件的加工变形确实有非线性回归关系,且通过遗传算法得到的最优装夹布局,经过加工分析其最大变形量和平均变形量分别比均匀分布布局降低了53.0%和54.4%,比正交实验最低降低了19.0%和8.9%。     

平板件电磁成型的变形模式研究

通过实验及ANSYS／LS-DYNA程序的有限元模拟，对平板件的电磁自由成型及有模成型的变形模式进行了研究。发现在载荷幅值相同、加载时间不同时，无论是自由成型还是有模成型，都存在着几种不同的变形模式。并通过变形模式的研究，分析了为获得所需的变形深度及底部形状需考虑的因素。     

基于滑移线理论计算板料弯曲变形力

板料弯曲变形力一般都是根据材料力学方法计算,而滑移线法常用作分析理想刚塑性材料平面变形问题。通过对板料弯曲变形区应力状态分析,利用滑移线理论建立滑移线场,并根据滑移线场推导变形区的应力分布方程。基于变形区应力分布方程计算板料弯曲变形力,进一步对变形力进行修正,修正后的计算结果与根据弯矩求得的结果吻合较好。     

A spatial closed-form nonlinear stiffness model for sheet flexures based on a mixed variational principle including third-order effects

The sheet flexure is commonly used to provide support stiffness in flexure mechanisms for precision applications. While the sheet flexure is often analyzed in a simplified form, e.g. by assuming planar deformation or linearized stiffness, the deformation in practice is spatial and sufficiently large that nonlinear effects due to the geometric stiffness are significant.This paper presents a compact analytical model for the nonlinear stiffness characteristics of spatially deforming sheet flexures under general 3-D load conditions at moderate deformations. This model provides closed-form expressions in a mixed stiffness and compliance matrix format that is tailored to flexure mechanism analysis. The effects of bending, shear, elongation, torsion and warping deformation are taken into account, so that the stiffness in all directions, including the in-plane lateral support direction, is modeled accurately. The model is verified numerically against beam and shell-based finite elements. The approach for deriving closed-form solutions in a nonlinear context is detailed in this paper. The Hellinger–Reissner variational principle with a specific physically motivated set of low-order interpolation functions is shown to be well-suited to the geometrically nonlinear analysis of flexures.An extension of the derivation approach to the nonlinear closed-form analysis of general flexure mechanisms consisting of multiple sheet flexures connected in parallel is presented. This is demonstrated with the case of a spatially deforming parallelogram flexure mechanism and a cross-hinge flexure mechanism.     

板材三维曲面多点成形技术

多点成形是一种板材柔性成形新技术。它在新产品的试制开发、多品种、小批量板类件生产、大型板材成形等多方面都显示出良好的潜力。本文探讨了多点成形的基本原理、技术特点和系列实用技术,并对多点成形的应用前景作了阐述。     

叶轮半固态挤压锻造过程数值模拟

采用DEFORM3D软件对叶轮的半固态挤压锻造过程进行了数值模拟,获得了叶轮成形的主要参数变化规律.结果表明:半固态挤压锻造法可以完成叶轮的成形;叶轮的成形可分为三个阶段,叶片主要是依靠材料的挤压完成成形的,在叶片成形的中期,坯料内部尤其是叶片根部存在着变形不均匀现象,而在叶片成形后期,挤压力急剧增大,最终挤压力为2 780 kN.     

光致形变聚合物的引信微驱动器设计

光致形变聚合物材料在光驱动型微执行器方面具有体积小、结构简单和易实现遥控等特点。介绍了光致形变聚合物的变形机理及其等效弯曲效应,并将其应用到引信安全与解除保险机构上。通过计算得出具有一定尺寸薄板的等效弯曲行为,并用ANSYS仿真其变形量。根据其变形量设计相应的安保机构,使光致形变薄板能提供足够的驱动力,保证引信安全解除保险,并通过仿真计算验证了在引信驱动器上应用的可行性。     

Analysis and experiment on deformation of sheet metal by laser shock wave

The mechanism of laser shock deformation and the reason for the production of the shockwave are introduced. An evaluation formula of the detonation wave pressure in the system of laser, energy transferring-medium and sheet metal is built according to the theory of detonation wave and blasting gas-dynamics. The minimal energy of the laser pulse is evaluated on the basis of the formula of the laser shock pressure and evaluation of dynamic yielding strength. The experiment is also validated. The result shows that the quantity of sheet metal deforming is nonlinearly increased with laser energy, i.e., pressure of the laser shock wave. Under a laser-induced ultra-high pressure and high strain rate, structural steels and composite materials undergo plastic deformation. __________ Translated from Journal of Nanjing University of Aeronautics and Astronautic, 2005(S1) (in Chinese)     

电磁成形中板料厚度与变形深度的关系

通过纯铝板的电磁胀形试验,发现在工艺条件相同的情况下,不同厚度的板料有不同的变形深度,而且在试验条件下,对于性能相同的材料,厚板的变形深度比薄板的要大。对这一现象进行了分析,认为这是由于不同的板料厚度可以导致不同的设备能量利用率,而其最根本的原因则是趋肤效应。在设备能量相同的情况下,若板料厚度小于趋肤深度,则板料的厚度越大,变形深度越大;板料厚度大于趋肤深度时,板料厚度越大,变形深度越小。并且分析了如何能获得一个最高的设备能量利用率,得出了设备电容与放电回路电感之间的关系。研究成果对指导电磁成形的工艺设计有着重要的意义。     

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.