一种粒子群法优化径向基函数的预测模型在汽车轮辐成形中的应用

摘要

冲压成形是工业生产中极为重要的一种金属加工方式。由于板料成形大多要经历复杂的弹塑性变形，往往在生产过程中出现起皱、扭曲、减薄、破裂和拉伸不均等问题，因此板料成形工艺及工序是否合理对提高产品的质量至关重要，板料冲压成形工艺及模具的优化设计也受到了国内外专家及工程技术人员的广泛关注。
　　本文基于板料成形数值模拟理论和近似模型理论，以Dynaform软件为基础，针对广西桂林某厂的汽车轮辐提出了新的工艺改进，并利用正交实验进行实验设计，建立了一种改进的粒子群法优化径向基函数的汽车轮辐翻孔减薄预测模型，最后通过遗传算法工具箱对改进后的近似模型寻优，得到了一组最佳工艺参数。实践表明，通过上述的工艺改进和优化算法，可以较大程度降低汽车轮辐成形的减薄，解决了翻孔成形时孔边缘破裂的问题，缩短了研发周期、降低了生产成本，对提高汽车轮辐的成形质量和生产效率具有重要的指导意义。
　　本文主要以汽车轮辐为研究对象进行了以下研究工作:
　　1.通过Dynaform软件对工厂的实际工艺进行了仿真模拟，利用“分解-综合”原理，对反拉深成形工艺和预拉伸成形型面进行了优化。通过对比分析，发现板料在反拉深成形中的减薄率较原有工艺有了明显降低。
　　2.以翻孔工序板料减薄率为评价指标，选定冲压速度、预冲孔直径、预翻孔直径、凸凹模间隙为影响减薄的工艺参数，设计了正交实验表。利用Dynaform进行数值模拟得出各实验的减薄率，并利用极差分析法研究了不同工艺参数对减薄的影响，得出了各工艺参数对轮辐翻孔成形减薄大小影响的主次顺序及初步优化工艺方案。
　　3.研究了拉延成形的数值模拟理论基础;同时，对多项式响应面模型、Kriging模型、人工神经网络模型、径向基函数模型的构造方法及模型的优缺点进行分析。将均方根误差和决定系数用来判断近似模型是否准确。
　　4.为提高板料的实际生产效率，本文提出了一种惯性权重抛物线递减的粒子群法来优化径向基函数以提高径向基函数模型的预测能力，并将其与未经优化的径向基函数模型进行比较。通过比较发现改进后的近似模型能够更好地对非线性函数进行拟合和预测。最后，利用遗传算法工具箱找到了一组最佳工艺参数，并对减薄做出了预测。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．2 文献综述

1．2．1 拉延成形工艺的研究

1．2．2 板料成形数值模拟研究现状

1．2．3 板料成形优化设计现状

1．3 本文研究的主要内容

1．4 本文研究的特色和创新

第二章 汽车轮辐多工步有限元模拟及工艺改进

2．1 引言

2．2 板料成形数值模拟基础

2．2．1 弹塑性材料本构关系

2．2．2 动力显式有限元方程描述

2．3 汽车轮辐结构及成形工艺特点

2．4 有限元数值模拟

2．4．1 数值模拟的一般步骤

2．4．2 汽车轮辐预成型、反拉深工步数值模拟

2．5 汽车轮辐成形工艺改进

2．5．1 汽车轮辐成形工艺分析及工艺改进

2．5．2 基于改进工艺的数值模拟结果

2．6 本章小结

第三章 轮辐翻孔成形影响因素的正交实验研究

3．1 引言

3．2 翻孔影响因素的研究

3．2．1 材料参数对翻孔的影响

3．2．2 成形工艺对翻孔成形的影响

3．3 正交实验方法的原理及正交实验过程

3．3．1 正交实验方法原理

3．3．2 正交实验在汽车轮辐翻孔中的应用

3．3．3 轮辐翻孔工序正交实验的因子及水平

3．3．4 正交表的选择

3．3．5 基于dynaform的汽车轮辐翻孔数值仿真模拟实验

3．3．6 正交实验结果分析

3．4 本章小结

第四章 改进的径向基函数对轮辐翻孔成形减薄预测

4．1 引言

4．2 近似模型概述

4．2．1 近似模型构造方法

4．2．2 近似模型的误差评估

4．3 一种改进的粒子群方法

4．3．1 粒子群算法基本原理

4．3．2 一种引入惯性权重抛物线递减的粒子群法

4．4 改进的粒子群法优化径向基函数

4．4．1 设计变量的选取及近似模型的建立

4．4．2 基于径向基函数的响应曲面的建立

4．4．3 基于改进的粒子群优化的径向基函数响应面的建立

4．4．4 改进前、后的模型精度比较

4．5 基于MATLAB遗传算法工具箱的参数优化

4．6 实际生产应用与验证

4．7 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况