本文關(guān)鍵詞：基于Kriging模型的球鉸芯軸預(yù)成形多目標(biāo)優(yōu)化，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：球鉸芯軸是重型車輛平衡懸架推力桿的重要組成部分,在車輛行駛過程中工況復(fù)雜多變,極易出現(xiàn)斷裂失效的情況。同時,球鉸芯軸也是一種典型的汽車軸類精密鍛件,軸向截面變化大,對坯料的預(yù)成形具有很高的要求。隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展,重型車輛的需求量也是迅猛增加,為保證重型車輛平衡懸架系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性,對球鉸芯軸的成形質(zhì)量、綜合性能提出了更高的要求。而目前,對于球鉸芯軸的研究內(nèi)容并不多,國內(nèi)的很多鍛造企業(yè)主要還是依據(jù)長期的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來制定球鉸芯軸的鍛造工藝,對于如何合理地進(jìn)行類似汽車軸類零件的預(yù)成形設(shè)計(jì)還是基于傳統(tǒng)的試錯法,容易造成類似鍛件開發(fā)及制造周期過長,材料利用率低下的情況。在數(shù)字化制造成為主流的今天,如何將球鉸芯軸的精鍛成形工藝與預(yù)成形優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)合起來,從而對制造的各個環(huán)節(jié)有更準(zhǔn)確的把握顯得尤為重要。球鉸芯軸鍛造成形工藝過程復(fù)雜,其過程的可操作性、成形質(zhì)量及穩(wěn)定性、材料利用率以及成形載荷、模具應(yīng)力等,都對球鉸芯軸的生產(chǎn)制造過程影響深遠(yuǎn),是需要考慮的優(yōu)化目標(biāo)。本文對國內(nèi)外汽車復(fù)雜軸類零件的成形工藝、精密塑性成形技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡單介紹,并以推力桿球鉸芯軸為例對其預(yù)成形過程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),對預(yù)成形工藝參數(shù)進(jìn)行了多目標(biāo)的優(yōu)化。首先設(shè)計(jì)了球鉸芯軸的精密鍛造成形工藝,選擇卡壓制坯的方法進(jìn)行材料的預(yù)分配。通過數(shù)值模擬,設(shè)計(jì)不同的對照模擬實(shí)驗(yàn),研究了卡壓預(yù)成形過程中坯料的尺寸變化規(guī)律,以此為基礎(chǔ)推導(dǎo)出卡壓預(yù)成形的體積分配公式。通過體積分配公式,確定了對終鍛成形具有影響的工藝參數(shù),并確定了相關(guān)預(yù)成形工藝參數(shù)的合理范圍值,依此以鍛件的充填率以及材料利用率為目標(biāo)建立了正交試驗(yàn),通過正交試驗(yàn)的因素指標(biāo)以及正交試驗(yàn)的二階預(yù)測分析確定了影響較小的因素的優(yōu)化值以及影響較大因素的優(yōu)化值所在的范圍。其次,在正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過拉丁超立方法選取初始樣本點(diǎn)以終鍛過程最大成形載荷以及模具最大等效應(yīng)力為響應(yīng)進(jìn)行了多組數(shù)值模擬,依次建立了Kriging近似替代模型,并驗(yàn)證了近似模型的精確度。最終,通過遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化與近似模型建立了聯(lián)系,并最終通過迭代運(yùn)算獲得了預(yù)成形工藝參數(shù)的最優(yōu)值。最后,通過生產(chǎn)實(shí)踐,將優(yōu)化工藝參數(shù)與原設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了對比,模擬結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際吻合,且鍛件的成形質(zhì)量等方面有顯著的提高。本文將球鉸芯軸精密鍛造預(yù)成形設(shè)計(jì)、數(shù)值模擬技術(shù)、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與近似替代模型方法、遺傳算法多目標(biāo)優(yōu)化相結(jié)合,達(dá)到了優(yōu)化預(yù)成形設(shè)計(jì)、提高材料利用率、優(yōu)化鍛件成形質(zhì)量等目的。本文研究成果對球鉸芯軸的實(shí)際鍛造生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義,并為類似鍛件的生產(chǎn)以及相關(guān)的預(yù)成形設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了理論指導(dǎo)和實(shí)踐依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：球鉸芯軸 卡壓預(yù)成形 Kriging近似模型 遺傳算法
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG316
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 引言12-13
• 1.2 汽車推力桿結(jié)構(gòu)13-15
• 1.2.1 汽車推力桿結(jié)構(gòu)13-15
• 1.2.2 推力桿球鉸芯軸15
• 1.3 推力桿球鉸芯軸的工藝路線15-19
• 1.3.1 推力桿球鉸芯軸16-17
• 1.3.2 球鉸芯軸鍛造成形工藝17-19
• 1.4 金屬體積預(yù)成形設(shè)計(jì)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀19-24
• 1.4.1 國內(nèi)外預(yù)成形設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀19-21
• 1.4.2 主要的預(yù)成形優(yōu)化設(shè)計(jì)方法21-22
• 1.4.3 球鉸芯軸預(yù)成形設(shè)計(jì)22-24
• 1.5 本課題的研究的目的及意義24
• 1.6 本課題的研究的內(nèi)容及方法24-26
• 第二章 剛粘塑性有限元理論基礎(chǔ)和卡壓成形規(guī)律研究26-41
• 2.1 引言26
• 2.2 金屬鍛造剛粘塑性有限元理論26-28
• 2.2.1 剛粘塑性有限元方法的基本理論和假設(shè)27
• 2.2.2 剛粘塑性有限元方法的基本方程及邊界條件27-28
• 2.2.3 剛粘塑性材料的變分原理28
• 2.3 熱力耦合有限元分析軟件Deform28-30
• 2.3.1 Deform簡介28
• 2.3.2 Deform-3D邊界條件的設(shè)置28-30
• 2.3.3 摩擦條件的設(shè)置30
• 2.4 卡壓制坯的成形規(guī)律30-40
• 2.4.1 球鉸芯軸預(yù)成形的有限元模型31-34
• 2.4.2 預(yù)成形輪廓尺寸變化規(guī)律34-35
• 2.4.3 坯料直徑的變化規(guī)律35-36
• 2.4.4 坯料寬度的變化規(guī)律36-37
• 2.4.5 坯料長度的變化規(guī)律37-39
• 2.4.6 卡壓制坯體積預(yù)分配規(guī)律39-40
• 2.5 本章小節(jié)40-41
• 第三章 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與近似模型41-59
• 3.1 引言41
• 3.2 設(shè)計(jì)變量41-43
• 3.2.1 坯料長徑比42
• 3.2.2 卡壓距離42
• 3.2.3 卡壓型槽寬度42
• 3.2.4 坯料溫度42-43
• 3.2.5 模具預(yù)熱溫度43
• 3.3 目標(biāo)函數(shù)43-45
• 3.3.1 充填率43-44
• 3.3.2 材料利用率44-45
• 3.3.3 綜合成形性45
• 3.4 卡壓預(yù)成形優(yōu)化正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)45-48
• 3.4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及其結(jié)果45-47
• 3.4.2 正交試驗(yàn)的二階優(yōu)化47-48
• 3.5 近似模型構(gòu)建48-51
• 3.5.1 近似模型的選擇49
• 3.5.2 Kriging近似模型49
• 3.5.3 多目標(biāo)優(yōu)化49-50
• 3.5.4 約束條件50-51
• 3.6 Kriging近似模型設(shè)計(jì)51-58
• 3.6.1 LHS方法51
• 3.6.2 初始樣本點(diǎn)51-52
• 3.6.3 近似模型的建立52-53
• 3.6.4 Kriging近似模型工具箱DACE53-54
• 3.6.5 Kriging近似模型的實(shí)現(xiàn)54-57
• 3.6.6 Kriging近似模型的精度檢驗(yàn)57-58
• 3.7 本章小結(jié)58-59
• 第四章 基于懲罰函數(shù)的遺傳算法多目標(biāo)優(yōu)化59-67
• 4.1 引言59
• 4.2 遺傳算法59-60
• 4.2.1 遺傳算法的理論基礎(chǔ)59-60
• 4.2.2 遺傳算法的基本運(yùn)算過程60
• 4.3 復(fù)雜的非線性多目標(biāo)約束優(yōu)化問題60-62
• 4.3.1 遺傳算法多目標(biāo)優(yōu)化方法61-62
• 4.3.2 基于懲罰函數(shù)的遺傳算法62
• 4.4 遺傳算法多目標(biāo)優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)形式62-65
• 4.4.1 基于ga函數(shù)的遺傳算法設(shè)計(jì)62-63
• 4.4.2 gatool工具箱的調(diào)用63-65
• 4.5 球鉸芯軸預(yù)成形遺傳算法多目標(biāo)優(yōu)化的結(jié)果分析65-66
• 4.5.1 遺傳算法最優(yōu)解65
• 4.5.2 遺傳算法最優(yōu)解驗(yàn)證65-66
• 4.6 本章小結(jié)66-67
• 第五章 球鉸芯軸預(yù)成形優(yōu)化的生產(chǎn)驗(yàn)證67-72
• 5.1 生產(chǎn)試驗(yàn)設(shè)備及模具67-68
• 5.2 生產(chǎn)試驗(yàn)用材料及參數(shù)68-69
• 5.3 生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證69-70
• 5.4 本章小結(jié)70-72
• 第六章 結(jié)論與展望72-74
• 6.1 完成的主要工作及結(jié)論72-73
• 6.2 展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 致謝78-79
• 在攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他科研成果79-80
• 附錄A80-86
• A.1 Python最小二乘法擬合代碼80
• A.2 正交試驗(yàn)二階預(yù)測MATLAB代碼80
• A.3 拉丁超立方法(LHS)樣本點(diǎn)拾取MATLAB代碼80-81
• A.4 Kriging近似模型預(yù)測最大成形載荷MATLAB代碼81-82
• A.5 Kriging近似模型預(yù)測模具最大等效應(yīng)力MATLAB代碼82-83
• A.6 Kriging近似模型預(yù)測終鍛成形質(zhì)量MATLAB代碼83
• A.7 Kriging近似模型預(yù)測充填率MATLAB代碼83-84
• A.8 Kriging近似模型預(yù)測材料利用率MATLAB代碼84-85
• A.9 基于ga函數(shù)的遺傳算法設(shè)計(jì)MATLAB代碼85-86

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本文編號：282060