基于Dual-Kriging模型的稳健设计方法在板料成形中的应用

摘要

板料成形作为现代工业的一种非常重要的加工方法，用以生产各种板材零件，在航空航天、国防、汽车等领域得到了广泛的应用。随着数值模拟技术的不断发展，对板料成形进行有限元分析，可以缩短模具的生产周期和降低生产成本。然而，对于较为复杂的成形件，数值模拟需要耗费大量的时间，同时成形件在生产过程中受到工艺条件、材料性能等波动的影响，成形件的质量可能达不到要求。因此，需要对板料的成形过程进行稳健设计，使得板料成形质量对于工艺条件、材料性能等参数的波动不敏感。
　　 将Kriging代理模型应用于板料成形优化中，可以减少板料成形数值模拟的时间，提高优化效率。结合灰色关联分析对Kriging模型的随机分布部分中的θ值进行优化，在不增加样本点的情况下提高了Kriging模型的精度。将改进后的Kriging模型应用于NUMISHEET93会议中方盒件的成形缺陷的预测，与未优化的Knging模型相比，模型的精度大大提高。
　　 为了使得板料的成形质量对于工艺条件、材料性能等参数波动的不敏感，提出了基于Dual-Kriging的多目标稳健设计方法。筛选影响油底壳成形质量的可控以及噪声因子并且确定其相应的波动范围;基于有限元分析应用改进的Kriging模型建立可控与噪声因子与成形件质量的映射关系;根据参数波动，基于第一重Kriging模型、蒙特卡罗模拟得到成形质量的期望与方差，建立成形质量期望与方差的第二重Kriging模型;应用基于拥挤距离的多目标粒子群算法对稳健模型进行优化。结果表明，与传统确定性优化相比，成形件质量的波动范围明显减小，提高了成形件的稳健性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 板料成形优化研究现状

1．2．1 成形质量指标研究现状

1．2．2 代理模型研究现状

1．2．3 稳健设计研究现状

1．3 板料成形优化中存在的问题

1．4 论文主要工作和内容

第2章 板料成形有限元理论及Dynaform简介

2．1 引言

2．2 板料成形有限元基础

2．2．1 应变张量

2．2．2 应力张量

2．2．3 有限元方程的建立

2．3 DYNAFORM软件以及成形参数设置

2．3．1 DYNAFORM软件

2．3．2 DYNAFORM软件成形参数设置

2．4 小结

第3章 改进的Kriging模型及其应用

3．1 引言

3．2 Kriging代理模型

3．2．1 Kriging模型的建立

3．2．2 Kriging模型数学工具箱

3．2．3 Kriging模型的精度检验

3．3 基于灰色关联分析改进Kriging模型

3．3．1 灰色关联分析

3．3．2 优化θ值

3．4 改进的Kriging模型在方盒件拉深成形中的应用

3．4．1 成形质量指标

3．4．2 可控因素

3．4．3 有限元模型仿真验证

3．4．4 建立拉裂与起皱的改进Kriging模型

3．5 小结

第4章 基于Dual-Kriging模型的多目标稳健设计

4．1 引言

4．2 稳健设计的基本原理

4．3 稳健设计方法

4．3．1 基于损失模型的稳健设计

4．3．2 基于响应面模型的稳健设计

4．3．3 基于随机模型的稳健设计

4．4 基于Dual-Kriging模型的多目标稳健设计

4．4．1 基于Dual-Kriging模型的多目标稳健设计建立过程

4．4．2 基于Dual-Kriging模型的多目标稳健设计在非线性函数中的应用

4．4．3 基于Dual-Kriging模型的多目标稳健设计在机械构件中的应用

4．5 小结

第5章 基于Dual-Kriging模型的多目标稳健设计在油底壳拉深成形的应用

5．1 引言

5．2 成形缺陷产生的原因以及防止措施

5．2．1 拉裂产生的原因和防止措施

5．2．2 起皱产生的原因和防止措施

5．3 油底壳的多目标稳健设计

5．3．1 油底壳模型

5．3．2 油底壳的有限元模型以及验证

5．3．3 油底壳成形质量指标

5．3．4 油底壳成形可控与噪声因子的筛选

5．3．5 油底壳多目标稳健优化

5．4 小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文