压力机冲击力反演计算方法研究

摘要

压力机冲压加工中的冲击力是冲击振动与噪声产生的根源，精确测量或计算其时程曲线，对改变结构弹性能释放速度、降低冲击振动噪声和优化锻压工艺具有重要作用。而由于压力机结构的复杂性和冲击力的重载宽频特性，使得冲击力通常难以直接精确计算和测量。近年来，随着传感技术及计算机数字信号处理技术的快速发展，使得通过洲力传感器测量与反演方法相结合的压力机冲击力的精确测量计算成为可能。本文以VH16型压力机为研究对象，运用数值反演理论在时域范畴内对冲击力进行逆向反演计算。即在不改变压力机结构形式的情况下，通过测量在冲击力作用下压力机结构上特定点的响应信号，间接获得冲击力。
　　首先，将压力机视为一个时不变系统，建立其冲击力输入与响应输出之间的关系。通过合理的离散化将其转化为线性代数方程，以适用十计算机求解。采用奇异值分解技术和最小二乘法深入分析冲击力反演计算问题的病态机理，并介绍了对病态问题处理的正则化方法和正则参数的选取准则。
　　其次，建立压力机冲击作用部分的有限元简化模型，通过瞬态分析分别求解在三角波、半正弦波冲击力作用下的动力学响应。选取特定点的响应信号，采用反演理论的不同正则化方法获取压力机的结构脉冲响应函数，并通过数值稳态的正向卷积分选取以L曲线确定正则化参数的Tikhonov正则化方法获得的脉冲响应函数用于压力机冲击力的反演计算。
　　最后，以实验测量获得的应变响应信号作为源信号，分别采用Tikhonov正则化方法、截断奇异值方法和共轭梯度迭代法对压力机冲击力在时域范畴内进行逆向反演计算。提出了压力机冲击力的双点反演计算方法，有效提高了冲击力反演解的精度。通过在源信号中加入不同水平的干扰噪声来模拟实际测量中的误差，分析干扰噪声对冲击力反演计算过程的影响问题。通过压力机的“冲击力-应变”实验验证了冲击力反演解的正确性和反演计算方法的有效性。