基于有限元模擬的鍛造過程優(yōu)化設計方法研究.pdf

1、山東大學博士學位論文基于有限元模擬的鍛造過程優(yōu)化設計方法研究姓名：趙新海申請學位級別：博士專業(yè)：材料加工工程指導教師：趙國群王同海2001.11.5設及塑性力學基本方程，介紹了剛粘塑性有限元變分的基本原理及求解過程，并對有限元應用過程中的一些具體處理技術如單元類型的選擇、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格再劃分等進行了介紹，有力地保證了以后工作的順利進行。介紹了最優(yōu)化設計的主要內容和一般原則，研究并確

2、定了鍛造過程優(yōu)化設計必須涉及的方面:建立鍛造過程優(yōu)化設計的目標函數、確定設計變量和約束條件、選擇優(yōu)化方法，解決了鍛造過程優(yōu)化設計的目標建模問題。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建優(yōu)化目標函數。針對提高鍛件質量的要求，采用應變梯度、任意應變與平均應變的差的平方和、最大應變和最小應變之差、損傷值、奧氏體顆粒均勻度等作為目標函數，并給出了計算公式。針對終鍛力和能耗，給出了基于數值模擬計算結果的優(yōu)化目標計算公式。給出了多目標

3、優(yōu)化設計的常用方法及應注意的問題。給出了鍛造折疊判斷的算法和材料開裂的判斷準則，并對優(yōu)化過程中缺陷的出現給出了防止措施。對優(yōu)化設計變量的確定進行了介紹。給出了B樣條曲線的定義和B樣條曲線表示預成形模具的方法，并對具體處理技術進行了介紹。最后確定了本文研究所采用的優(yōu)化設計方法。單目標優(yōu)化是多目標優(yōu)化的基礎。在進行多目標優(yōu)化之前先進行單目標優(yōu)化設計的研究是很有必要的。鍛件精確的形狀是鍛件質量的首要指標。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)化設計目標，對鍛造過程預成形模具型腔形狀進行了優(yōu)化設計。以實際鍛件與理想鍛件之間不重合部分的面積作為優(yōu)化設計的目標函數，建立了目標函數的表達形式，并推導了目標函數相對于優(yōu)化設計變量的靈敏度，節(jié)點坐標、節(jié)點速度等相對于優(yōu)化設計變量的靈敏度。給出了形狀優(yōu)化設計的步驟、速度靈敏度邊界條件及節(jié)點坐標靈敏度在網格再劃分中的插值傳遞。給出了一種調整體積損失的方法，在每個時間增量模擬步內調整工件的體積，使其等于坯料的初始體積，同時