【摘要】：本文主要研究通過多目標(biāo)粒子群算法對(duì)熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),為熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。首先介紹了熱沖壓成形及數(shù)值模擬基本理論和模具與各部位之間的熱傳遞途徑。結(jié)合有限元模擬理論,建立模擬熱沖壓工藝過程的有限元模型。根據(jù)有限元模擬結(jié)果,通過響應(yīng)曲面法建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),并對(duì)多目標(biāo)粒子群算法存在的問題進(jìn)行改進(jìn),提出改進(jìn)的多目標(biāo)粒子群算法(Improved Multi-objective Particle Swarm Optimization Algorithm,IMOPSO),對(duì)模具的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過研究對(duì)豐富高溫塑性變形理論和熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。全文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:①基于基本粒子群算法和多目標(biāo)問題的原理和特點(diǎn)對(duì)多目標(biāo)粒子群算法進(jìn)行改進(jìn),提出了全局最優(yōu)位置自適應(yīng)選取策略,使種群均勻且快速地向當(dāng)前Pareto最優(yōu)前沿飛行;通過限制外部檔案的規(guī)模,防止其規(guī)模過小時(shí),粒子過于聚集在某些區(qū)域;采用非均勻變異機(jī)制,增加種群多樣性,防止算法早熟收斂,以提高算法的收斂性。②對(duì)熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)中冷卻水管直徑、數(shù)量和空間排布進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。利用MSC.Marc軟件建立了模擬熱沖壓工藝過程的有限元模型,研究了熱沖壓過程中模具溫度場(chǎng)分布和演變規(guī)律,揭示了熱沖壓過程中高溫板料對(duì)熱沖壓模具的主要熱影響區(qū)域。③在數(shù)值模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上利用響應(yīng)面法建立冷卻系統(tǒng)與冷卻效率、冷卻均勻性和模具壽命相關(guān)的目標(biāo)模型,通過方差分析和擬合優(yōu)度檢驗(yàn),驗(yàn)證了響應(yīng)曲面模型的有效性,并利用多目標(biāo)粒子群算法對(duì)冷卻系統(tǒng)水管直徑和空間排布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。④建立了U形件熱沖壓工藝實(shí)驗(yàn)裝置,制定了合理的典型件熱沖壓試制流程,利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),分析了工藝過程中模具表面溫度場(chǎng)的分布和演變規(guī)律;將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了所建模型及相關(guān)設(shè)計(jì)方案的可靠性。
[Abstract]:In this paper, the multi-objective particle swarm optimization algorithm is used to optimize the cooling system of hot stamping die, which provides a theoretical basis for the design of hot stamping die cooling system. Firstly, the basic theory of hot stamping forming and numerical simulation and the way of heat transfer between die and various parts are introduced. Based on the theory of finite element simulation, a finite element model is established to simulate the process of hot stamping. According to the results of finite element simulation, the optimization objective function is established by response surface method, and the existing problems of multi-objective particle swarm optimization algorithm are improved, and an improved multi-objective particle swarm optimization algorithm (Improved Multi-objective Particle Swarm Optimization Algorithm,IMOPSO) is proposed. Optimize the cooling system of the die. The research has important theoretical significance and practical application value to enrich the theory of plastic deformation at high temperature and optimize the design of cooling system of hot stamping die. The main research contents and conclusions are as follows: (1) based on the basic particle swarm optimization algorithm and the principle and characteristics of the multi-objective problem, the multi-objective particle swarm optimization algorithm is improved, and the global optimal position adaptive selection strategy is proposed. To make the population fly evenly and rapidly to the optimal frontier of the current Pareto; By limiting the size of the external archives and preventing them from being too small, particles are too concentrated in certain areas; The non-uniform variation mechanism is adopted to increase the population diversity and prevent premature convergence of the algorithm to improve the convergence of the algorithm. 2 the diameter, number and spatial arrangement of the cooling pipe in the cooling system of hot stamping die are designed preliminarily. The finite element model of simulating hot stamping process was established by using MSC.Marc software, and the distribution and evolution of die temperature field in hot stamping process were studied. The main thermal influence areas of high temperature sheet metal on hot stamping die during hot stamping are revealed. 3 based on the numerical simulation results, the target model of cooling system and cooling efficiency, cooling uniformity and die life is established by response surface method. The validity of the response surface model is verified by variance analysis and goodness-of-fit test, and the optimal design of water pipe diameter and space arrangement of cooling system is carried out by using multi-objective particle swarm optimization algorithm. 4 an experimental device for hot stamping process of U-shaped parts is established. Based on the experimental data, the distribution and evolution of the temperature field on the die surface during the process are analyzed. Comparing the experimental data with the simulation results, the reliability of the model and the related design scheme is verified.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG385

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本文編號(hào)：2447318