管材徑壓脹形時折線加載路徑優(yōu)化方法的研究.pdf

1、管材徑壓脹形(簡稱徑壓脹形)是一種適用于成形大長徑比管件的管材液壓成形(Tube Hydroforming, THF)方法,具有成形內(nèi)壓力小和無需軸向補(bǔ)料等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用前景廣泛。加載路徑是影響 THF成形性和脹形件成形質(zhì)量的重要因素,合理的加載路徑能有效地避免成形失效和顯著地提高成形質(zhì)量。作為 THF方法之一,徑壓脹形的成形性同樣受到加載路徑的影響。因此,有必要研究徑壓脹形加載路徑的優(yōu)化方法。
　　本課題通過理論分析、徑壓脹形試驗和

2、有限元模擬三者結(jié)合的方法研究了徑壓脹形時管材的變形行為、加載路徑對管材成形性能的影響規(guī)律,通過優(yōu)化實例分析了遺傳算法和二分法的收斂過程:(1)建立了正方形截面管件的徑壓脹形系統(tǒng)有限元模型,從中截面(即脹形件沿軸線方向的中間截面)的幾何參數(shù)、失效的形式和位置,分析了有限元建模的可靠性;(2)分析了不同類型加載路徑下管材成形性能的差異,結(jié)合工程實用性確定了最優(yōu)加載路徑的基本類型;(3)提出了在模擬中判別徑壓脹形失效方法,根據(jù)判別方法建立了徑

3、壓脹形的成形裕度圖;(4)分析了遺傳算法和二分法在尋優(yōu)時的收斂特點(diǎn),構(gòu)建了由遺傳算法和二分法構(gòu)成的復(fù)合優(yōu)化策略;(5)提出了評價成形質(zhì)量的指標(biāo),根據(jù)改善的難易程度對指標(biāo)進(jìn)行了權(quán)重排序,并構(gòu)建了兼顧各指標(biāo)的多目標(biāo)函數(shù);(6)對徑壓脹形的加載路徑進(jìn)行了優(yōu)化,通過脹形件的成形質(zhì)量、策略的迭代次數(shù)和全局尋優(yōu)性分析了復(fù)合優(yōu)化策略的有效性和穩(wěn)定性。
　　研究結(jié)果表明:(1)有限元模型能準(zhǔn)確計算中截面的幾何尺寸,能正確模擬壁厚分布規(guī)律、失效形式

4、和失效位置,說明建模是可靠的;(2)當(dāng)最大內(nèi)壓力Pmax>30 MPa時,折線加載路徑下的管材具有較好的成形性能,且折線加載路徑具有載荷容易實現(xiàn)和設(shè)備要求低的優(yōu)點(diǎn),被確定為最優(yōu)加載路徑的基本類型;(3)當(dāng)脹形區(qū)的破裂單元體持續(xù)增多時判定為發(fā)生了破裂失效,當(dāng)中截面的幾何參數(shù)滿足對角線長度超過極限長度、圓角 r2的輪廓超出模腔邊緣、圓角 r2頂點(diǎn)的壁厚值不降反升這三個條件之一時,判定為發(fā)生了或不可避免地將要發(fā)生溢出失效;(4)遺傳算法具有初

5、期穩(wěn)定且快速收斂的優(yōu)點(diǎn),二分法具有良好的局部區(qū)域?qū)?yōu)能力,結(jié)合它們優(yōu)點(diǎn)構(gòu)建的復(fù)合優(yōu)化策略的基本原理是先使用遺傳算法在變量空間中找出包含最優(yōu)解和極值的單峰值區(qū)域,再用二分法在這些單峰值區(qū)域中搜索最優(yōu)解;(5)成形指標(biāo)的權(quán)重排序為模具填充性>壁厚均勻性>截面對稱性;(6)多目標(biāo)函數(shù)應(yīng)滿足連續(xù)性、穩(wěn)定性和權(quán)重排序要求,表達(dá)式見式(5-4);(7)管材在最優(yōu)加載路徑作用下具有相對最優(yōu)的綜合成形質(zhì)量,且優(yōu)化策略的迭代次數(shù)少、全局尋優(yōu)性好,說明本文