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基于试验设计和三维数值模拟的多工位锻造优化关键技术研究与实现

作　者: 梁艳迁
导　师: 赵震
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 多工位锻造 试验设计 响应面建模 设计优化系统
分类号: TG316
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 41次
引　用: 1次
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内容摘要


多工位锻造属于少、无切削的金属塑性加工工艺,可以克服传统冷/热锻造工艺存在的设备占用多、需要工序间热处理等问题,提高生产效率,降低能耗,提高锻件成形质量,是锻造成形工艺发展的一个重要方向。工艺及模具设计是锻件产品开发的核心环节,直接关系到最终产品的质量、成本、生产效率、模具寿命和成形设备。在激烈的竞争和全球化市场的环境下,提高锻造成形工艺及模具设计的水平,提高设计集成化、系统化和智能化程度,实现整个设计过程由经验设计向科学设计的飞跃是研究人员长期追求的目标。为适应现代生产对锻模开发的短周期、高质量、低成本要求,将先进的设计理论与方法以及智能设计技术、塑性有限元理论及设计优化技术引入传统的热锻成形工艺设计过程是锻模设计领域的必然趋势。本文研究内容主要有以下几方面:研究试验设计技术、有限元和优化技术结合的多工位锻造优化系统,利用近似模型对多工位锻造零件关键尺寸进行建模,对其几何尺寸进行优化;将Taguchi和拉丁超立方法相结合的试验设计方法应用于多工位锻造工艺优化,以提高优化效率;对CAD/CAE集成技术进行深入研究。根据多工位锻造工艺特点,设计了该工艺设计优化系统,对各系统模块的功能以及相互之间数据流信息的传递情况进行了探讨,并结合试验设计、近似建模、数学优化等各种方法技术,使用VC与各种软件的接口技术(UG Open/API,Office Excel 2003,DEFORM3D文本模式,Matlab M文件动态链接库等接口技术),来实现优化设计系统。以小齿轮零件为例,取局部体积和工位成形载荷作为目标函数,多工位锻造工艺关键几何参数作为设计变量,采用拉丁超立方抽样方法设计试验,建立响应面模型,应用遗传算法对模型进行迭代优化。优化结果表明小齿轮成形载荷显著降低,成形情况显著提高,同时验证了本优化系统对多工位高速锻造工艺优化效果良好。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 课题研究背景  9
  1.2 多工位锻造成形数值模拟与优化技术的发展现状  9-14
    1.2.1 多工位高速锻造成形技术  9-11
    1.2.2 试验设计与体积成形数值模拟研究现状  11-13
    1.2.3 基于有限元分析的锻造成形工艺优化技术的发展现状  13-14
  1.3 本文研究的意义及主要内容  14-17
    1.3.1 本文研究的意义  14-15
    1.3.2 本文研究的主要内容  15-17
第二章 试验设计与近似模型  17-34
  2.1 概述  17-19
  2.2 试验设计方法  19-24
    2.2.1 全析因试验设计  19-20
    2.2.2 均匀试验设计  20-21
    2.2.3 正交试验设计  21-23
    2.2.4 拉丁超立方抽样  23-24
  2.3 近似模型  24-33
    2.3.1 Kriging模型  24-26
    2.3.2 二次响应面法  26-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章 多工位锻造工艺优化系统框架结构及功能  34-45
  3.1 系统总体框架结构  34-35
  3.2 项目管理模块  35-37
  3.3 试验设计模块  37-38
  3.4 模型参数化模块  38-39
  3.5 模拟运算模块  39-42
    3.5.1 前处理子模块  39-40
    3.5.2 模拟计算子模块  40-41
    3.5.3 后处理子模块  41-42
  3.6 模型建立模块  42-44
  3.7 本章小结  44-45
第四章 系统开发关键技术研究  45-58
  4.1 UG OPEN/API程序开发接口  45-48
    4.1.1 内部模式与外部模式  46-47
    4.1.2 开发环境设置  47
    4.1.3 程序开发  47-48
  4.2 DEFORM自动调用实现  48-54
    4.2.1 文本模式  48-51
    4.2.2 操作KEY文件  51-53
    4.2.3 用户例程方式  53-54
  4.3 Matlab程序开发接口  54-56
    4.3.1 接口种类  54-55
    4.3.2 实现步骤  55-56
  4.4 VC调用Excel程序开发  56-57
  4.5 本章小结  57-58
第五章 小齿轮成形毛坯优化实例  58-74
  5.1 多工位锻造零件参数化  58-59
  5.2 参数优化的数学模型  59-62
  5.3 优化系统界面及初始条件设置  62-70
  5.4 优化过程分析  70-71
  5.5 优化结果  71-74
第六章 结论与展望  74-76
参考文献  76-79
攻读硕士学位期间完成的论文  79-80
致谢  80-81
上海交通大学硕士学位论文答辩决议书  81-82

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属压力加工 > 锻造、锻压与锻工 > 锻造工艺
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