基于Kriging模型和灰色關(guān)聯(lián)分析的板料成形工藝穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、板料成形是材料加工成形的一個重要分支，廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天等部門中。隨著計算機技術(shù)和有限元理論的發(fā)展，利用數(shù)值模擬對板料成形進行優(yōu)化可以減少試模費用，降低試驗成本和提高效率。但這種方法在每次優(yōu)化迭代時需要調(diào)用有限元模型進行計算，耗時長。隨著工業(yè)發(fā)展，一些新材料產(chǎn)生，這些材料有重量輕、強度高、抗腐蝕等優(yōu)點。以拉伸失穩(wěn)或分叉理論為基礎(chǔ)的FLD對拉裂時沒有明顯頸縮產(chǎn)生的這些材料成形極限不能準(zhǔn)確地預(yù)測，對這些材料，基于FLD就不能很好的建

2、立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)。同時實際生產(chǎn)中影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素很多，材料性能和工藝參數(shù)的波動，以及模具精度的降低等噪音因素都會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的下降。板料成形通常要滿足不拉裂、不起皺以及回彈小等要求，利用簡單加權(quán)法不能很好的解決板料成形中的多目標(biāo)優(yōu)化問題?；谝陨蠁栴}，本文開展了如下的幾個方面的研究工作，并取，得了相關(guān)的研究成果： 為了節(jié)省基于數(shù)值模擬的板料成形優(yōu)化時間，提出了用于板料成形的Kriging近似模型方法。研究了基于試驗設(shè)計

3、的Kriging近似模型，建立起設(shè)計變量與設(shè)計響應(yīng)之間的非線性關(guān)系，基于此關(guān)系可以進行梯度的計算。為了考慮Kriging模型各向異性，對Kriging近似模型中變異函數(shù)參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)置。編寫了基于Kriging模型進行可靠度計算的程序。通過把Kriging近似模型應(yīng)用到了非線性函數(shù)和功能函數(shù)中，在保證精度的情況下，降低了優(yōu)化時間?；跀?shù)值模擬，對板料成形中翻邊成形建立了設(shè)計變量與響應(yīng)之間的Kriging近似模型，而且基于Kriging

4、近似模型對翻邊成形進行了優(yōu)化設(shè)計，獲得了最佳參數(shù)組合。 針對板料成形優(yōu)化普通存在的多目標(biāo)特性，首次提出了基于灰色關(guān)聯(lián)分析的板料成形多目標(biāo)優(yōu)化方法。針對望目、望大、望小特征的目標(biāo)函數(shù)，提出了不同的目標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)處理方法。應(yīng)用熵理論對灰色關(guān)聯(lián)分析中的權(quán)系數(shù)進行計算。為了得到最佳的優(yōu)化參數(shù)組合，對多目標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度進行方差分析，從而得到最佳值。采用灰色關(guān)聯(lián)多目標(biāo)方法對懸臂焊接梁和方盒件成形進行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。為提高板料成形有限元分析計算

5、效率，設(shè)計了計算機輔助分析程序。研究結(jié)果表明，利用灰色關(guān)聯(lián)分析法可以進行多目標(biāo)優(yōu)化，獲得最佳效果。 由于設(shè)計參數(shù)的波動影響產(chǎn)品質(zhì)量，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)健性，提出了多目標(biāo)穩(wěn)健設(shè)計模型。在多目標(biāo)優(yōu)化時，將灰色關(guān)聯(lián)分析應(yīng)用到穩(wěn)健模型優(yōu)化設(shè)計中，提出了基于穩(wěn)健模型的多目標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)分析方法。利用遺傳算法獲得滿足優(yōu)化模型的初始解，對初始解進行灰色關(guān)聯(lián)分析，從而獲得最優(yōu)解。懸臂焊接梁的穩(wěn)健設(shè)計結(jié)果表明，利用此方法能獲得穩(wěn)健解。

6、 針對板料成形中多目標(biāo)優(yōu)化問題，首次提出了基于Kriging穩(wěn)健模型的板料成形灰色關(guān)聯(lián)分析方法。通過對板料成形多目標(biāo)響應(yīng)的灰色關(guān)聯(lián)分析，找出關(guān)鍵的可控因子和噪音因子。針對Kriging近似模型的特點，采用最小偏差拉丁超立方試驗設(shè)計方法，同時為了考慮噪音參數(shù)的波動，把可控因子和噪音因子安排在田口試驗設(shè)計內(nèi)外表中。利用計算機輔助分析有限元程序，獲得了相應(yīng)試驗設(shè)計下的目標(biāo)響應(yīng)，從而建立起板料成形的Kriging近似模型。利用基于Krigin

7、g近似穩(wěn)健模型的灰色關(guān)聯(lián)分析方法進行優(yōu)化計算，從而獲得穩(wěn)健解。將此方法應(yīng)用到低碳鋼板料成形優(yōu)化中，對NUMISHEET'93考題中方盒件成形進行了實例分析，結(jié)果表明，該方法是可行的。 將基于Kriging穩(wěn)健模型的灰色關(guān)聯(lián)多目標(biāo)優(yōu)化方法應(yīng)用到高強鋼(HSS)板料成形工藝優(yōu)化中。由于高強度鋼板成形在拉裂時沒有明顯頸縮產(chǎn)生，所以不能利用FLD來預(yù)測高強度鋼板的拉裂成形極限，將韌性斷裂準(zhǔn)則(DFC)應(yīng)用到高強鋼板料成形中進行拉裂缺陷的

8、預(yù)測和工藝優(yōu)化。為了利用Cockroft和Latham準(zhǔn)則對雙相鋼DP590矩形件成形進行拉裂預(yù)測，進行了DP590鋼板的拉伸試驗，獲得了材料性能參數(shù)。同時進行了DP590矩形件拉深試驗，獲得了工藝參數(shù)，并對矩形件成形的數(shù)值模擬進行了驗證。利用矩形件拉深試驗中的極限拉深沖程，在DP590拉深成形的數(shù)值模擬中，獲得相應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變，從而獲得了Cockroft和Latham準(zhǔn)則常數(shù)。利用Cockroft和Latham準(zhǔn)則成功地對DP590矩形