基于MLP的锆合金刚凸成形减薄率预测

摘要

核燃料组件中起保护燃料管作用的定位格架是由多种条带焊接而成的，而刚凸特征又是条带的典型特征。本文选取了刚凸特征作为研究对象，研究了刚凸的成形质量以及建立了关于材料参数和冲制工艺参数的刚凸特征成形减薄率预测模型并进行了灵敏度分析。主要内容有如下几个步骤：第1步，准备仿真模型需要输入的材料参数。条带的制造材料为核性能良好的锆合金，该合金所对应的是各向异性的材料模型，这种模型需要输入的材料参数有杨氏模量、泊松比、K值、n值以及三方向各向异性系数。为了测定这几个材料参数本文进行了拉伸试验以及泊松比测定试验。第2步，准备仿真模型以及预测模型的验证数据。验证数据采用了物理试验的数据，总共做了13组不同冲制工艺参数组合的物理试验并将其随机分为两份，一份数量为5组作为仿真模型的验证数据，另一份数量为8组作为预测模型的验证数据。第3步，利用SolidWorks建立三维模型，HyperMesh划分网格，DynaForm建立冲压模型以及LS-DYNA求解，建立了条带刚凸特征成形有限元仿真模型。通过仿真模型得到了刚凸特征的成形极限图、厚度变化以及最大减薄率，并在此基础上对刚凸特征的回弹进行了仿真，为了解决回弹的影响做了模面补偿分析。第4步，基于拉丁超立方试验设计方法构建了仿真试验方案。为了收集到正交性更好的方案采用了改进变异方式的遗传算法对拉丁超立方法进行了优化。第5步，基于多层感知机(MLP)算法建立了刚凸特征成形最大减薄率预测模型。分别采用了SVR算法和MLP算法建立了预测模型并进行了调参和测试集数据测试，最终测试集结果显示MLP算法的预测结果要优于SVR算法。最后采用了Sobol算法对基于MLP建立的预测模型进行了灵敏度分析。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究目的

1.2 国内外研究现状

1.2.1 冲压仿真技术国内外研究现状

1.2.2 试验设计方法国内外研究现状

1.2.3 回归预测方法国内外研究现状

1.2.4 灵敏度分析方法国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

第2章 材料基本参数测定及物理试验

2.1 拉伸试验

2.2材料参数计算

2.2.1 杨氏模量计算方法

2.2.2 K值、n值计算方法

2.2.3 R值计算方法

2.2.4 泊松比计算方法

2.3 冲压物理试验

2.3.1 冲压方式及模具

2.3.2 冲压物理试验

2.4 本章小结

第3章 条带刚凸特征冲压成形质量分析

3.1 破裂、回弹缺陷分析

3.2 软件及仿真流程介绍

3.2.1 软件简介

3.2.2 仿真流程

3.3刚凸特征成形质量分析

3.3.1 有限元模型物理试验验证

3.3.2 成形极限图

3.3.3 厚度变化

3.3.4 回弹及模面补偿

3.4冲制工艺参数对减薄率的影响

3.4.1 压边力对减薄率的影响

3.4.2 冲压速度对减薄率的影响

3.4.3 速度加载方式对减薄率的影响

3.4.4 摩擦系数对减薄率的影响

3.4.5 冲压间隙对减薄率的影响

3.5 材料力学特性对减薄率的影响

3.5.1 杨氏模量对减薄率的影响

3.5.2 泊松比对减薄率的影响

3.5.3 K值对减薄率的影响

3.5.4 n值对减薄率的影响

3.6本章小结

第4章 仿真试验设计方案

4.1 正交试验设计方法

4.2 拉丁超立方试验设计方法

4.3 拉丁超立方试验设计方法的正交性优化

4.3.1 优化模型的建立

4.3.2 遗传算法设计

4.4 本章小结

第5章 刚凸特征成形减薄率预测

5.1 数据结构及预处理

5.2 模型的选择与比较

5.2.1 SVR模型调参与预测结果

5.2.2 MLP模型调参与预测结果

5.2.3 物理试验数据测试

5.3 基于Sobol算法的灵敏度分析

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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