有限元素法

1、I摘要有限元素法是目前最為廣泛使用的鍛造設(shè)計(jì)評(píng)估方法，但要獲得最適當(dāng)之鍛造參數(shù)設(shè)計(jì)，常需多次嘗試錯(cuò)誤的分析、設(shè)計(jì)修改，仍是相當(dāng)耗時(shí)。為有效縮短開(kāi)發(fā)時(shí)程，本研究建構(gòu)了一套鍛造參數(shù)設(shè)計(jì)最佳化程序，將於電腦上進(jìn)行鍛造製程模擬解析視為實(shí)驗(yàn)，在眾多製程參數(shù)下，以田口實(shí)驗(yàn)計(jì)畫法針對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行模擬分析規(guī)劃，獲得各參數(shù)對(duì)鍛造設(shè)計(jì)目標(biāo)的最佳水準(zhǔn)組合與影響性。對(duì)於多工程鍛造設(shè)計(jì)有道次間相互影響之效應(yīng)或特殊品質(zhì)要求，如果把所有因素放入鍛造設(shè)計(jì)目標(biāo)，將使得最

2、佳化參數(shù)分析變得相當(dāng)複雜而不易使用。因此，本研究採(cǎi)用在單一主要特徵目標(biāo)函數(shù)下進(jìn)行分析，獲得最適當(dāng)之參數(shù)組合後再進(jìn)行符合品質(zhì)或其他實(shí)務(wù)上之評(píng)估修正，達(dá)到兼顧品質(zhì)水準(zhǔn)及以最少的模擬次數(shù)找出最適當(dāng)之製程條件與鍛模設(shè)計(jì)的目的。熱鍛模具主要的失效模式是磨耗，為能更直接以模具壽命做為最佳化之目標(biāo)函數(shù)，本研究完成以Ard磨耗理論為基礎(chǔ)，在模具硬度與模具材料之磨耗係數(shù)為溫度函數(shù)的假設(shè)下，以高溫硬度及高溫磨耗試驗(yàn)建立其關(guān)係函數(shù)，並據(jù)以修正Ard磨耗理論使

3、之適用於熱鍛模具之磨耗分析。依據(jù)所建構(gòu)之鍛造參數(shù)設(shè)計(jì)最佳化方法與模具磨耗預(yù)測(cè)模式，在模具磨耗最小化的目標(biāo)下，實(shí)際應(yīng)用於鈦合金人工髖關(guān)節(jié)髖臼杯的鍛造設(shè)計(jì)最佳化，不但成功鍛造出符合顯微組織與尺寸精度要求之產(chǎn)品，更得到較經(jīng)驗(yàn)預(yù)估還長(zhǎng)的模具壽命。驗(yàn)證了本研究建構(gòu)之方法，不但能縮短設(shè)計(jì)時(shí)程，獲得最佳化的鍛造參數(shù)設(shè)計(jì)，且在設(shè)計(jì)階段即能預(yù)估模具可能之使用壽命。I摘要有限元素法是目前最為廣泛使用的鍛造設(shè)計(jì)評(píng)估方法，但要獲得最適當(dāng)之鍛造參數(shù)設(shè)計(jì)，常需多次

4、嘗試錯(cuò)誤的分析、設(shè)計(jì)修改，仍是相當(dāng)耗時(shí)。為有效縮短開(kāi)發(fā)時(shí)程，本研究建構(gòu)了一套鍛造參數(shù)設(shè)計(jì)最佳化程序，將於電腦上進(jìn)行鍛造製程模擬解析視為實(shí)驗(yàn)，在眾多製程參數(shù)下，以田口實(shí)驗(yàn)計(jì)畫法針對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行模擬分析規(guī)劃，獲得各參數(shù)對(duì)鍛造設(shè)計(jì)目標(biāo)的最佳水準(zhǔn)組合與影響性。對(duì)於多工程鍛造設(shè)計(jì)有道次間相互影響之效應(yīng)或特殊品質(zhì)要求，如果把所有因素放入鍛造設(shè)計(jì)目標(biāo)，將使得最佳化參數(shù)分析變得相當(dāng)複雜而不易使用。因此，本研究採(cǎi)用在單一主要特徵目標(biāo)函數(shù)下進(jìn)行分析，獲得最

5、適當(dāng)之參數(shù)組合後再進(jìn)行符合品質(zhì)或其他實(shí)務(wù)上之評(píng)估修正，達(dá)到兼顧品質(zhì)水準(zhǔn)及以最少的模擬次數(shù)找出最適當(dāng)之製程條件與鍛模設(shè)計(jì)的目的。熱鍛模具主要的失效模式是磨耗，為能更直接以模具壽命做為最佳化之目標(biāo)函數(shù)，本研究完成以Ard磨耗理論為基礎(chǔ)，在模具硬度與模具材料之磨耗係數(shù)為溫度函數(shù)的假設(shè)下，以高溫硬度及高溫磨耗試驗(yàn)建立其關(guān)係函數(shù)，並據(jù)以修正Ard磨耗理論使之適用於熱鍛模具之磨耗分析。依據(jù)所建構(gòu)之鍛造參數(shù)設(shè)計(jì)最佳化方法與模具磨耗預(yù)測(cè)模式，在模具磨耗