基于多种策略的改进粒子群优化算法

针对粒子群优化算法收敛速度慢、难以跳出局部最优解的问题,使用多种策略对标准粒子群优化算法进行改进,提出了混合动态粒子群优化(hybrid dynamic particle swarm optimization,HDPSO)算法.该算法按比例将粒子分为优势粒子和劣势粒子,使用不同公式分别计算每个粒子的惯性权重;为每个粒子单独设置变异系数,记录粒子相邻两次适应度变化较小的持续次数,若大于阈值则开始累加变异系数,变异系数达到上限值后重新设为初始值;在位置更新公式中引入加速系数提高算法的收敛速度.采用标准测试函数对HDPSO算法和其他粒子群优化算法进行了测试.结果表明HDPSO算法在收敛速度、寻优精度和稳定性方面具有明显的优势,进而证明所提方法的有效性.

盒形件法兰起皱临界压边力影响规律研究

起皱是盒形件拉深成形中的主要缺陷,而压边力是控制法兰起皱的主要手段。本文采用基于C-B准则的理论解析与数值模拟方法,研究了材料性能和工艺参数对盒形件拉深法兰起皱临界压边力的影响规律。结果表明:材料性能参数中强度系数K、硬化指数n对法兰起皱临界压边力影响较大,而塑性应变比γ对临界压边力几乎没有影响;临界压边力随拉深行程增加而增大,凹模圆角增大时,临界压边力减小,凸、凹模间隙对临界压边力影响较小。

板料成形中材料模型的研究进展

介绍了板料成形数值模拟中材料模型的研究进展。将材料模型的理论研究分为屈服准则、强化模型、流动法则、加卸载历史4个方面,并进行简要综述;对材料在循环加载条件下应力应变曲线的实验获取方法进行了探讨,重点介绍了板料压缩、三点弯曲实验确定材料反向加载应力应变曲线的原理和方法;对当前屈服准则、强化模型的研究热点和发展方向进行了分析。

基于非线性弹性卸载的L形弯曲成形回弹研究

为提高板料成形数值模拟回弹预测的精度,将弹性模量随塑性变形的改变引入到数值模拟回弹分析中。通过静力拉伸实验,研究了AA2024-T3铝合金板料的塑性变形对弹性模量的影响,给出了弹性模量与等效塑性应变之间的数学关系。建立了基于Holloman型等向强化和von.Mises屈服的非线性弹塑性本构模型,并利用ABAQUS/Standard的用户自定义接口UMAT实现了该弹塑性本构模型。设计了L形弯曲实验装置,利用基于非线性弹性的本构模型,对实验过程进行了数值模拟,实验与模拟结果的对比表明,在数值模拟中考虑了弹性模量的非线性能够提高回弹预测精度。

激光冲击强化“残余应力洞”的形成机制

利用ABAQUS有限元软件进行了单个圆形高斯光斑的激光冲击强化数值模拟,分析材料表面光斑中心区域形成的"残余应力洞"现象,并通过分析材料的动态力学响应特征揭示了"残余应力洞"的形成机制。结果表明:在冲击波加载时,光斑边界处会产生很强的剪切应力,形成向四周传播的表面稀疏波和向材料内部传播的剪切波。当稀疏波同时传播到光斑中心,发生相遇、汇聚,使材料产生急剧的上下位移过程,造成冲击波加载塑性变形后的二次塑性变形。二次塑性变形中形成了较大的剪切塑性应变,并降低了冲击波加载阶段产生的轴向和径向塑性应变,使残余压应力降低,从而形成"残余应力洞"。

外差式多频相移技术的三维光学点云测量研究

随着中国制造业的快速发展,产品工件大量采用复杂曲面。对于大型复杂曲面工件,如汽车大型覆盖件、水轮机叶轮、大型抛物面天线等,现有的测量设备很难实现全尺寸检测和反求设计。本文针对大型复杂曲面工件的三维全尺寸快速检测和反求需求,分析了三维光学测量的原理,分析了格雷码加相移技术与外差式多频相移技术的优缺点,采用目前最新的外差式多频相移技术,研制了XJTUOM型三维光学密集点云测量系统,对大型工件的测量试验表明,该系统便捷实用。

齿轮精密成形技术的研究

研究了直齿圆柱齿轮的冷精锻过程 ,分析了分流孔形状、成形工艺等因素对齿轮成形的影响。结果显示 ,选择适当的分流孔尺寸可以降低成形载荷 ,但作用不很明显。采用凹模运动方式可调的齿轮精锻法可以同时兼顾齿轮上、下角部的成形 ,利于齿轮的填充 。

激光冲击“残余应力洞”的参数敏感性分析及其抑制方法

为研究激光冲击材料表面的"残余应力洞"现象,利用ABAQUS有限元软件,数值模拟了圆形高斯光斑的激光冲击强化。阐述了激光冲击"残余应力洞"的残余应力分布特点,讨论了不同激光冲击参数对"残余应力洞"的影响规律。提出增大光斑搭接率和利用光学透镜二元光学衍射方法形成能量均匀方光斑等2种抑制方法,并对其抑制效果进行对比分析。结果表明:冲击波峰值压力、冲击波持续时间的增加会加剧"残余应力洞",而光斑大小和冲击波上升时间的增大则效果相反;二元光学衍射方法相比增大光斑搭接率,表面残余压应力数值虽发生一定程度地降低,但残余应力场分布具有更好的均匀性,且在实际构件强化处理中具有低搭接率的工艺优势。

一种建立颗粒增强金属基复合材料本构方程的新方法

采用基于人工神经网络的专家系统,建立了颗粒增强金属基复合材料的本构方程。以热模拟试验得到的试验数据作为训练样本,比较准确地实现了工艺参数与流动应力之间关系的预测。预测结果与实验数据误差小于10%。

弹性模量与塑性变形变化规律试验研究

弹性模量是影响冲压回弹量的重要材料性能参数,在工程应用和回弹数值模拟中一般认为弹性模量为常数。而实际上,弹性模量随塑性变形的增大不断变化,因此其变化对工程中的回弹量评估和数值模拟回弹预测精度有很大的影响。本文针对在汽车和航空工业中广泛应用的铝合金和钢板,采用动力试验方法,对ST14钢及3A21、2024-T3和2A12铝合金的弹性模量在塑性变形中的变化规律进行了试验研究,得到了弹性模量值与等效塑性应变的变化规律,并采用分段线性函数进行了描述。研究结果为进一步研究弹性模量随塑性变形的变化规律及探讨其本质提供了依据,也预示了一种提高有限元回弹预测精度的解决办法。

单元尺寸和积分点个数对冲压回弹模拟精度的影响

冲压回弹是板料成形数值模拟领域中最难准确预测的缺陷之一,其模拟精度受多种因素的影响,如材料本构模型、单元类型与尺寸、接触摩擦模型和有限元算法等。该文采用ABAQUS有限元软件对拉弯回弹进行数值模拟研究,重点分析了壳单元的积分点个数和接触角度对回弹预测精度与模拟时间的影响。研究结果表明,随着壳单元积分点个数的增加和单元尺寸的减小,冲压回弹的预测精度总体趋于提高趋势,但模拟时间相应地增大。当接触角度取16°时,得到的回弹预测精度与接触角度为5°时比较相近;另外,在7个积分点时,得到的回弹预测精度相当于25~51个积分点之间的范围。这与传统观点认为的,积分点应取25~51个,接触角度应小于10°不同。利用这一规律,有望在模拟时,既能得到较高的模拟精度,又可大大降低模拟时间。

基于数字散斑应变测量法的薄板各向异性力学性能研究

系统地说明了采用数字散斑相关法研究薄板各向异性的实验方法和数据处理方法,进而对SPCC钢板和AA6061铝板的各向异性及其演化规律进行了研究。结果表明:散斑应变测量法是一种获取薄板力学性能的有效手段,其最大优点在于能够获得变形过程中的整体应变场,这是研究复杂加载条件下材料力学性能的关键;对于SPCC钢板,其流动应力的各向异性并不严重,但全量和增量形式的Lankford系数(r值和r′值)均表现出了明显的各向异性,且其值随着变形的增加而逐渐降低,这与传统的采用引伸计进行应变测量时只能获得恒定的Lankford系数不同;对于AA6061铝板,其流动应力和r值的各向异性均不明显,但与轧制方向成不同角度试样的伸长率表现出了明显的差异,并且流动应力的加工硬化速率和r′值在拉伸真实应变处于0.15～0.20时出现了剧烈的波动;随着变形的增加,两种薄板应变的各向异性都逐渐增强,SPCC钢板增强得更为明显。

盒形件法兰起皱临界压边力的试验研究

为研究工艺参数对盒形件法兰起皱临界压边力的影响规律,设计了一套变压边力的盒形件拉深试验装置,该装置具有独特的变压边力控制方式,即压边力与起皱高度成线性关系。通过该装置进行了矩形盒成形试验研究,获得了工艺参数对压边力影响的规律。结果表明:起皱临界压边力随行程增加而增大,随着凹模圆角半径的增大而减小;凸、凹模间隙在一定的范围内对临界压边力影响较小,但当间隙过大时,临界压边力的增加速度明显。

不锈钢-铝合金复层材料拉伸力学性能分析

针对半固态连接制备的不锈钢-铝合金复层材料,对不同相对厚度比的复层材料进行拉伸试验,将试验数据与混合法则相比较,并建立了屈服点、抗拉强度与相对厚度比之间的关系模型。在传统的混合法则基础上,建立了宽度方向应力与相对厚度比和拉伸应变之间的关系。研究结果表明:屈服点、抗拉强度与相对厚度比之间符合指数函数关系;在塑性变形阶段,试样宽度方向应力的绝对值随拉伸应变的增大而增大;不锈钢一侧宽度方向应力为拉应力,并随着相对厚度比的增大而减小;铝合金一侧宽度方向为压应力,其绝对值随相对厚度比的增大而增大。

考虑单向拉伸横向应变演化的本构模型材料参数测定

有限元数值模拟的精度不但与本构模型的描述能力有关,而且与其材料参数的测定方法密切相关。该文以由Hill1948屈服函数和Swift等向强化模型组成的本构模型为例,比较了不同的材料参数测定方法对单向拉伸的轴向应力-轴向应变、横向应变-轴向应变试验数据的预测能力。参数测定方法采用了两种,一种是传统方法,即使用r值计算屈服函数系数,采用轧制方向单向拉伸应力-应变数据拟合强化模型参数;另一种是考虑单向拉伸横向应变演化的反向优化法,即使用不同方向单向拉伸轴向应力-轴向应变和横向应变-轴向应变试验数据,同时求解屈服函数和强化模型的材料参数。结果表明,当使用传统方法时,所得材料参数不能很好描述与轧制方向成45°方向的单向拉伸数据;当使用考虑单向拉伸横向应变演化的反向优化法时,所得材料参数能够较准确描述各个方向的单向拉伸力学性能。

板料弯曲成形数值模拟参数敏感性分析

在单因素敏感性分析的基础上,利用定义了无量纲形式的敏感度函数和敏感度因子的多因素敏感性分析方法,对板料弯曲成形数值模拟前处理阶段可控模拟参数进行了敏感性分析。结果表明,冲头虚拟加载速度Vp是影响板料弯曲成形数值模拟前处理阶段可控参数对结果扰动度大小的敏感因素。通过敏感性分析剔除了非敏感因素,为提高板料弯曲成形数值模拟精度而进行的前处理参数优化提供了方便,减少了计算工作量,为实际成形优化了试验方案。

数字图像相关法在薄板成形极限测定中的应用

成形极限曲线可展现板料在塑性失稳前所能达到的最大变形程度,是板料成形分析中的重要判据。为获得准确的试验成形极限曲线,该文通过刚性半球凸模胀形试验、采用数字散斑图像相关方法对AA6061铝板的成形极限曲线进行测定,得出了成形极限试验测定和极限应变提取的方法;通过对AA6061铝板进行盒形件拉深试验,建立拉深过程的有限元模型,比较了数值模拟和试验测定的极限拉深深度。比较结果表明,数字图像相关方法能够有效获取变形过程中的全场应变信息、搜索临界破裂状态,且能采用曲线拟合方式计算极限应变,避免了人为误差,提高了测量精度。拉深试验表明,所测成形极限曲线对拉深极限具有较高的预测精度。

基于反向简单剪切变形和数字散斑相关法的薄板包申格效应测试

采用简单剪切试验装置和三维数字散斑应变测量分析系统,对SPCC冷轧钢板和AA6061铝板两种材料进行了简单剪切试验,对其包申格效应进行了测试。结果表明:简单剪切试验能够较为容易地实现反向加载,且能得到较大变形时的力学特性,同时散斑应变测量方法由于能够获得试样表面的整体应变场,保证了剪应变测量的准确性;两种材料在不同的预应变下,正向加载阶段剪应力-剪应变关系曲线重合性较好;且随预应变的增加,反向屈服应力增加;通过比较等向强化模型预测结果和试验测试结果,显示两种材料均存在明显包申格效应、瞬态效应,而SPCC钢板表现的更为明显永久软化效应。

模具结构对齿轮成形性能的影响

研究了直齿圆柱齿轮的冷精锻过程 ,详细分析了模具结构对齿轮成形的影响。结果显示 ,增加适当高度的镶件对大模数、高厚度的圆柱直齿轮齿腔填充比较有利 ,增加芯棒可以降低齿轮成形载荷 ,但单位面积的成形力并未减少 ,且对齿轮的填充性影响不大。

拉深筋对板料回弹影响的试验研究

分析了拉深筋对回弹的影响机理,试验研究了板料经过半圆形拉深筋后的回弹情况。结合极差分析法,研究了半圆形拉深筋主要几何参数对回弹的影响。研究表明,板料经过拉深筋后板内的残留应力是影响回弹的关键因素;拉深筋几何参数对板料的回弹具有决定性作用,拉深筋圆角半径对板料过拉深筋后的回弹有较大的影响。