板材成形工艺优化技术及应用

摘要

板材成形是一种重要的塑性加工工艺，具有尺寸一致性好、精度高、成本低、力学性能优良等诸多优点，在航空航天、汽车制造以及铁路等国民经济的支柱产业得到了广泛的应用。特别是近年来随着大飞机项目、高速铁路等列入国家重大科技专项，国家重点项目的需求对板材成形技术提出了更为严峻的挑战。
　　 板材成形过程涉及工艺因素较多，是一个极其复杂的多参数耦合的非线性过程，数值模拟技术成为了解成形过程参量变化规律、分析成形缺陷产生原因的重要手段，通过数值仿真技术有助于掌握成形规律，揭示板材变形机理。然而仅仅依靠数值模拟只能通过“优选”的方式人为选择“较佳”的成形工艺，很难实现工艺的量化和最优化设计。而近年来迅速崛起的优化技术，在解决工程实际问题中得到了成功的应用，逐渐成为研究的热点。如何从理论上将板材成形数值仿真技术和优化技术相结合，通过对板材成形工艺的量化和最优化设计，实现板材成形性能的显著提升，进而满足国家重点项目所需，已经成为板材成形学术界和工程领域所面临亟待解决的共性技术难题。
　　 针对板材成形工艺优化技术的上述技术难题，本文主要从数值模拟技术和优化技术两方面对板材成形工艺优化方法进行系统研究。在数值模拟研究方面：首先研究经典的屈服准则对数值模拟精确性的影响，通过选择合理的屈服函数和本构模型，准确地描述板材成形过程中在复杂应力状态下的塑性行为，从而提高数值模拟的精确性；其次，对板材成形数值模拟过程中的失效判据进行了研究，通过对韧性破裂准则积分值的计算，有效的避免了对失效数据的错误利用，并将考虑温度效应的韧性破裂准则应用于镁合金板材盒形件的温热拉延工艺中。在工艺优化技术研究方面，重点研究了基于近似响应面模型的优化方法，针对板材热成形的工艺特点，建立了板材温热成形工程问题的优化数学模型，提出了以考虑温度效应的板材韧性破裂准则作为优化的目标函数，并分析了设计变量对目标函数的响应，通过NSGAII优化计算得到了镁合金板材温热成形工艺的最优解，并且分析了工艺优化结果。
　　 最后，本文通过对镁合金板材较复杂零件-盒形件的温热拉深实验对工艺优化设计结果进行了验证，分析了成形温度和变压边力对镁合金板材成形性能的影响，探讨了引起不同失效模式的内在机理，研究结果表明镁合金板材的温热拉深试验和工艺优化设计结果体现了良好的一致性，证明了变压边力差温拉延技术可以显著的提高镁合金板材的成形性能。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2板材成形数值模拟及工艺优化技术研究现状

1.3板材成形变压边力技术研究现状

1.4本文的主要研究内容、研究方法及意义

本章参考文献：

第二章基于Balart屈服准则的板材成形数值模拟

2.1引言

2.2各向异性屈服准则

2.2.1各向异性屈服准则

2.2.2板材温热成形数值模拟屈服函数

2.3数值模拟失效判据

2.3.1韧性破裂准则

2.3.2考虑温度效应的韧性破裂准则在盒形件中的应用

2.4 小结

本章参考文献：

第三章基于数值模拟的板材成形工艺优化技术

3.1工艺优化方法概述

3.2工艺优化关键技术

3.2.1优化问题的数学模型

3.2.2响应面优化设计方法

3.2.3近似模型的评价

3.2.4优化算法—NSGA Ⅱ

3.3基于数值模拟的板材成形工艺优化

本章参考文献：

第四章镁合金板材温热成形变压边力工艺设计

4.1引言

4.2变压边力工艺优化设计

4.2.1板材温热成形优化目标函数

4.2.2板材温热成形工艺优化

4.2.3工艺优化结果分析

4.3镁合金板材温热成形工艺应用

第五章结论

博士后研究期间论文发表和专利申请情况

博士后研究期间主持和参与的科研项目以及获奖情况

致 谢