多目标优化在锻造毛坯形状优化设计中的应用

以形状相对简单的单工序锻件为研究对象，以同时获得材料消耗最小和变形程度最均匀的终锻件为优化目标，对锻造过程毛坯形状进行多目标优化设计的研究。给出了单工序锻件形状优化设计的总的目标函数及其各子目标函数的表示方法及计算表达式，以毛坯的高径(宽)比作为优化设计的变量，基于刚粘塑性有限元理论，采用黄金分割法进行优化迭代，编制了相应的程序，并对一典型的轴对称H型锻件的毛坯形状进行了多目标的优化设计，取得了明显的效果。     

锻造毛坯形状多目标优化设计的研究

以锻造中形状相对简单的单工序锻件为研究对象 ,采用基于刚粘塑性有限元的基本理论 ,以同时获得净形或近净形锻造和尽可能均匀变形的终锻件为优化设计目标 ,对单工序锻件的毛坯形状多目标优化设计进行了研究。给出了总目标函数和各子目标函数的表示方法 ,确定了优化设计变量和优化迭代方法 ,并以轴对称锻件为例进行了毛坯形状的多目标优化设计 ,取得了满意的效果。     

单工序二维平面锻造毛坯形状的优化设计

针对单工序二维平面锻造问题 ,对毛坯形状的选择进行了优化设计研究。以毛坯的高宽比表示毛坯的形状 ,并作为毛坯优化问题的唯一优化设计变量。以实际锻件超出预定理想直线部分的面积为目标函数 ,采用传统的黄金分割法作为优化手段 ,对毛坯的高宽比进行优化设计 ,进而确定最佳的毛坯尺寸。给出了目标函数的表示法及表达式和实施步骤 ,最后以一平面变形H形锻件为例 ,对毛坯形状进行了优化设计 ,取得了明显的效果     

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。     

多斜孔钢框架关键结构锻件成形模拟及工艺优化

针对建筑上多斜孔钢框架关键结构锻件在锻造成形中易产生四角斜孔边缘折叠、四角充填不完全、成形载荷大和模具寿命低的问题,依据不同形状下的初始毛坯在终锻成形时的不同成形效果,提出了基于毛坯形状优化的精整方法。借助数值模拟软件Deform-3D模拟和分析了钢框架关键结构件锻造成形过程,结果表明采用新工艺锻件成形良好、模具受载合理。并采用黄金分割法,以成形载荷为目标函数,对初始毛坯形状的精整参数进行优化设计,在保证锻件成形饱满的情况下,使成形载荷降低了12.32%。最后,通过生产实践验证了模拟结果与生产实际基本一致,锻件质量满足要求,无折叠、充填不完全等缺陷;模具的锻打数量增加,提高了模具的使用寿命。     

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。     

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。     

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.     

高筋薄腹板类锻件三维预成形设计及优化

高筋薄腹板类锻件通常具有较大的尺寸和较复杂的内腔,需要在锻造成形过程中进行合理的预成形设计。提出了一种三维预成形设计方法,以一个典型的高筋薄腹板类锻件为例,根据静电场与锻造速度场分布的相似性,用静电场等势面模拟获得其预锻形状;然后利用Deform-3D进行锻造模拟,对预锻形状进行验证和评估;最后通过构建神经网络,建立了毛坯尺寸、等势面电势值和等效应变差值、锻件填充率的映射关系,并结合遗传算法搜索最优解,实现了毛坯和预锻件的联合优化设计。结果表明,本方法可以快速而准确地设计出预成形件,可靠性较高。     

热锻成形过程数值模拟与多目标设计优化技术研究

提出了一种基于有限元分析和序列二次规划的热锻成形工艺多目标优化方法,优化目标包含锻件的内部损伤值和变形均匀性两个方面。用锻件所有单元的最大损伤值作为衡量锻件变形损伤的指标,用锻件所有单元体的等效应变与整个终锻件的平均等效应变的均方差,作为锻件变形均匀性的指标,构造了多目标优化问题的评价函数。在设计过程中,优化变形工艺参数使得工件内部损伤值最小,同时工件内部变形均匀。以零件毛坯的初始高径比为设计变量,建立了热锻成形过程多目标优化设计的数学模型。应用该方法对齿轮齿圈毛坯非等温热锻成形工艺参数进行优化,取得了良好的效果。     

控制单工序锻件变形均匀性的研究

以单工序锻件为研究对象，对提高锻件变形均匀性的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设计方法，并对一典型的轴对称H型锻件进行了优化设计，取得了明显的效果。     

单工序锻造过程预制坯多目标优化设计的研究

针对单工序锻造在终锻之前一般都需要以镦粗进行预制坯的实际情况，以刚粘塑性有限元为工具，以获得形状和变形均匀性都较好的终锻件为优化设计目标，以镦粗的压下量为优化设计变量，采用黄金分割法对其预制坯工艺进行了多目标优化设计的研究。并对一轴对称锻件的镦粗压下量进行了优化设计，优化取得了明显的效果。     

Microstructure optimization in design of forging processes

A new approach based on sensitivity analysis for optimizing the microstructure development during the forging processes is proposed in this work. The analytical sensitivities of the recrystallization volume fraction and dynamically recrystalized grain size with respect to the design variables are derived. The mean grain size in each finite element is introduced so that the complex recrystallization mechanics, such as no recrystallization, partial recrystallization and complete recrystallization are all considered. The objective is to minimize a function describing the variance of mean grain size and the average value of mean grain size in the whole final product. Two constraints are imposed on die underfill and excessive material waste. Two different kinds of design variables are considered, including state parameter (initial shape of billet) and process parameter (die velocity). The optimization scheme is demonstrated with the design of a turbine disk made of Waspaloy in non-isothermal forging process. The optimal initial shape of billet and the die velocity are obtained.     

基于田口法的大型锻件微观组织健壮参数控制方法

为对大型锻件微观组织进行控制,提出了一种基于田口法和数值模拟的健壮参数控制方法。以圆柱体两步镦粗为例,研究坯料高径比、始锻温度、锻模击打速度和各工步压下量对终锻件微观组织均匀细小程度的影响,通过信噪比分析,获得了最优参数水平组合,方差分析表明,始锻温度和坯料高径比对微观组织影响很大,而各工步压下量和锻模击打速度对微观组织影响很小。虚拟试验验证表明,试验值与预测值比较吻合,该方法可以避免大量的仿真次数,减少计算时间,对控制大型锻件的微观组织具有一定指导作用。