基于有限元模擬的鍛造過程優(yōu)化設(shè)計方法研究.pdf

1、山東大學(xué)博士學(xué)位論文基于有限元模擬的鍛造過程優(yōu)化設(shè)計方法研究姓名：趙新海申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：材料加工工程指導(dǎo)教師：趙國群王同海2001.11.5設(shè)及塑性力學(xué)基本方程，介紹了剛粘塑性有限元變分的基本原理及求解過程，并對有限元應(yīng)用過程中的一些具體處理技術(shù)如單元類型的選擇、邊界條件的處理、摩擦模型的選擇、幾何形狀的刷新、初始速度場的生成及網(wǎng)格再劃分等進(jìn)行了介紹，有力地保證了以后工作的順利進(jìn)行。介紹了最優(yōu)化設(shè)計的主要內(nèi)容和一般原則，研究并確

2、定了鍛造過程優(yōu)化設(shè)計必須涉及的方面:建立鍛造過程優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)、確定設(shè)計變量和約束條件、選擇優(yōu)化方法，解決了鍛造過程優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)建模問題。針對少無飛邊要求，提出了用理想鍛件和實際鍛件的差異構(gòu)建優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。針對提高鍛件質(zhì)量的要求，采用應(yīng)變梯度、任意應(yīng)變與平均應(yīng)變的差的平方和、最大應(yīng)變和最小應(yīng)變之差、損傷值、奧氏體顆粒均勻度等作為目標(biāo)函數(shù)，并給出了計算公式。針對終鍛力和能耗，給出了基于數(shù)值模擬計算結(jié)果的優(yōu)化目標(biāo)計算公式。給出了多目標(biāo)

3、優(yōu)化設(shè)計的常用方法及應(yīng)注意的問題。給出了鍛造折疊判斷的算法和材料開裂的判斷準(zhǔn)則，并對優(yōu)化過程中缺陷的出現(xiàn)給出了防止措施。對優(yōu)化設(shè)計變量的確定進(jìn)行了介紹。給出了B樣條曲線的定義和B樣條曲線表示預(yù)成形模具的方法，并對具體處理技術(shù)進(jìn)行了介紹。最后確定了本文研究所采用的優(yōu)化設(shè)計方法。單目標(biāo)優(yōu)化是多目標(biāo)優(yōu)化的基礎(chǔ)。在進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化之前先進(jìn)行單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計的研究是很有必要的。鍛件精確的形狀是鍛件質(zhì)量的首要指標(biāo)。本文研究了基于有限元的靈敏度分析法，以

4、獲得少無飛邊鍛件為優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)，對鍛造過程預(yù)成形模具型腔形狀進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。以實際鍛件與理想鍛件之間不重合部分的面積作為優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)，建立了目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)形式，并推導(dǎo)了目標(biāo)函數(shù)相對于優(yōu)化設(shè)計變量的靈敏度，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、節(jié)點(diǎn)速度等相對于優(yōu)化設(shè)計變量的靈敏度。給出了形狀優(yōu)化設(shè)計的步驟、速度靈敏度邊界條件及節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)靈敏度在網(wǎng)格再劃分中的插值傳遞。給出了一種調(diào)整體積損失的方法，在每個時間增量模擬步內(nèi)調(diào)整工件的體積，使其等于坯料的初始體積，同時