中文--在沖壓過程中pareto同時(shí)控制細(xì)化和回彈的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

1、<p><b>　　中文2890字</b></p><p>　　出處：nternational Journal of Material Forming, 2009, 2(1): 801-804</p><p>　　在沖壓過程中Pareto同時(shí)控制細(xì)化和回彈的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法</p><p>　　Pà lèi tuō d

2、e tóngshí kòngzhì jiǎn báo hé huí dàn yōuhuà shèjì fāngfǎ zài chōngyā guòchéng</p><p>　　字典 - 查看字典詳細(xì)內(nèi)容</p><p>　　Rosa Di Loren

3、zo1*, Giuseppe Ingarao1, Fabrizio Micari1, Francisco Chinesta2</p><p>　　1Università di Palermo, Dip. di Tecnologia Meccanica Produzione e Ingegneria Gestionale Viale delle Scienze-90128 Palermo (Italy)

4、</p><p>　　2法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心LMSP UMR- ENSAM，151大道·德·里總醫(yī)院，75013巴黎，法國(guó)</p><p>　　摘要：在汽車領(lǐng)域中最相關(guān)的研究課題之一是在減少?zèng)_壓件重量的同時(shí)增加其強(qiáng)度。這樣，一個(gè)較強(qiáng)的的研究工作是開發(fā)能夠被廣泛利用需要適當(dāng)回彈控制的高強(qiáng)度鋼材。在板料成形過程中回彈的減少是一個(gè)細(xì)化與減少相沖突的典型的目標(biāo)。因此，這些問題都

5、可以看作是由相互沖突的具有多目標(biāo)特征被考慮。更重要的是，如今，一個(gè)偉大的研究將集中在諸多中的最優(yōu)方案，而不是一個(gè)單一的解決方案，特別是在工業(yè)環(huán)境。本文中數(shù)據(jù)模擬、響應(yīng)曲面法和帕累托最優(yōu)解搜索技術(shù)的整合被應(yīng)用于以設(shè)計(jì)一個(gè)DP600 U型通道形狀的沖壓操作。尤其是對(duì)作為設(shè)計(jì)變量的摩擦條件與壓邊力進(jìn)行了優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同的目標(biāo)：減少過多的細(xì)化和避免由于回彈發(fā)生的過度幾何扭曲。</p><p>　　關(guān)鍵詞：金屬板沖壓、

6、變薄、回彈、響應(yīng)面法的多目標(biāo)優(yōu)化</p><p><b>　　朗讀</b></p><p><b>　　1簡(jiǎn)介</b></p><p>　　在汽車領(lǐng)域中最相關(guān)的研究議題之一是研究在減少?zèng)_壓件的重量是同時(shí)增加其強(qiáng)度。這些問題導(dǎo)致了材料的成功，如高強(qiáng)度鋼（TRIP,DP等），它們是由成形操作后強(qiáng)大的回彈力產(chǎn)生的 [1-3]。其

7、中一個(gè)主要議題，板料成形過程中回彈控制問題，如今進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真校準(zhǔn)。具體而言，主要問題方面：數(shù)值參數(shù)標(biāo)定[4,5];關(guān)于本構(gòu)模型的回彈影響[6]工藝參數(shù)的影響[7]。</p><p>　　金屬板材成形過程中大部分的問題是多目標(biāo)優(yōu)化問題，一般由相互沖突的目標(biāo)來描述。在板料成形過程中由矛盾目標(biāo)描述的最典型優(yōu)化的例子是為防止開裂和回彈定義的適當(dāng)工藝參數(shù)。更重要的是，一個(gè)偉大的研究將集中在諸多中的最優(yōu)方案，而不是一個(gè)單

8、一的解決方案。因此，設(shè)計(jì)參數(shù)標(biāo)定，完成所有的目標(biāo)，是困難的，有時(shí)是不成功的。為了克服這一缺點(diǎn)，以帕累托最優(yōu)解的搜索技術(shù)為基礎(chǔ)的多目標(biāo)優(yōu)化過程中，似乎是一個(gè)非常有吸引力的辦法來處理板材成形工藝設(shè)計(jì)[8,9]。</p><p>　　本文中數(shù)據(jù)模擬、響應(yīng)曲面法和帕累托最優(yōu)解搜索技術(shù)的整合被應(yīng)用于以設(shè)計(jì)一個(gè)DP600 U型通道形狀的沖壓操作。尤其是對(duì)作為設(shè)計(jì)變量的摩擦條件與壓邊力進(jìn)行了優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同的目標(biāo)：減少過多

9、的細(xì)化和避免由于回彈發(fā)生的過度幾何扭曲。 [10,11]</p><p>　　優(yōu)化程序的步驟包括用于在設(shè)計(jì)領(lǐng)域必要的變量數(shù)據(jù)鑒定的中心復(fù)合設(shè)計(jì)（CCD）應(yīng)用，然后收集由CCD所確定的樣本數(shù)值模擬（顯式隱式），運(yùn)行和輸出的數(shù)據(jù)變量。包括曲面模型的發(fā)展的下列步驟解釋了最終目標(biāo)，作為函數(shù)設(shè)計(jì)變量和驗(yàn)證的功能。最后，執(zhí)行為達(dá)到最佳設(shè)計(jì)變量的帕累拖最優(yōu)解。其最終目的是開發(fā)一種能夠識(shí)別一種分析過程的加工窗口和減少計(jì)算量的預(yù)測(cè)

10、工具，特別是針對(duì)多優(yōu)化技術(shù)或傳統(tǒng)的試錯(cuò)方法。</p><p>　　可實(shí)施的程序?qū)υS多可能的技術(shù)方案進(jìn)行了研究，獲得了一系列能夠滿足不同設(shè)計(jì)要求的可靠方案。</p><p><b>　　2．分析過程</b></p><p>　　所考慮的形成過程是一個(gè)旨在獲得S形U型通道的典型沖壓（參考圖1被調(diào)查過程的素描）。一個(gè)15毫米的高度被考慮在內(nèi)。所利用的

11、材料是一種1mm厚的DP -600高強(qiáng)度鋼，為了進(jìn)行以下流動(dòng)規(guī)律的分析，通過在0°方向開展拉伸試驗(yàn)獲得試樣：σ=1008ε0.169[兆帕]。</p><p>　　圖1：分析過程示意圖</p><p>　　以下是蘭克福德的各向異性參數(shù)：r0° =0.73; r45°=0.9;r90°=0.93。這個(gè)過程是使用LS- DYNA的明碼進(jìn)行的數(shù)值模擬，和用

12、LS - DYNA的隱式求解進(jìn)行隨后的回彈分析。</p><p>　　這些數(shù)值模型[5] 中根據(jù)對(duì)以往的經(jīng)驗(yàn)，利用一個(gè)在厚度方向上有9個(gè)集合點(diǎn)的完整綜合四邊形殼單元，在特別是，原始尺寸為3mm和三個(gè)層次的幾何網(wǎng)格調(diào)整策略被應(yīng)用于數(shù)值模擬。在最后顯示的仿真單元總數(shù)比4000高;摩擦的操作考慮一個(gè)庫侖模式。為了利用各向同性加工硬化來考慮材料的各向異性Barlat-Lian的本構(gòu)模型[12]。為了在隱式模擬下評(píng)估回彈實(shí)

13、體即利用CAD工具與一個(gè)參考目標(biāo)形狀進(jìn)行比較。特別是，計(jì)算這些目標(biāo)形狀和所得到的形狀之間的總偏差，（即兩個(gè)重疊表面之間的最大正常的距離）。</p><p><b>　　3最優(yōu)化問題</b></p><p>　　該考慮的優(yōu)化問題是在最后部分盡量減少（為了防止開裂）變薄，同時(shí)也盡量減少回彈的發(fā)生。因此，在模型階段的研究問題上兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)被定義為：t％最后部分測(cè)量的最大變薄

14、量和d [mm]這是最后的形狀與參考目標(biāo)形狀的最大偏差。該問題建模還包括設(shè)計(jì)變量的定義：在被調(diào)查的過程中選擇兩個(gè)設(shè)計(jì)變量，即摩擦系數(shù)（μ）和壓邊力值（BHF[KN]）</p><p>　　其實(shí)，與所分析的目標(biāo)函數(shù)變量有關(guān)的設(shè)計(jì)變量的選擇，因?yàn)檫@些變量在表中強(qiáng)烈影響制約力量，在這影響變薄、回彈實(shí)體的過程中。一旦進(jìn)行了優(yōu)化問題的建模，在摘要中提出的工作流程按照下列步驟進(jìn)行：</p><p>　

15、　步驟1.數(shù)值模擬運(yùn)行的規(guī)劃是通過適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）定義來實(shí)現(xiàn)的；</p><p>　　步驟2.數(shù)據(jù)仿真的發(fā)展，根據(jù)所設(shè)計(jì)的DOE；</p><p>　　步驟3運(yùn)用DOE的.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)收集獲得薄度（t%）和回彈量（d），為確定每個(gè)條件；</p><p>　　步驟4.原建模步驟：作為設(shè)計(jì)變量的一種功能來描述目標(biāo)函數(shù)，響應(yīng)面的分析制定；</p><

16、;p>　　步驟5.響應(yīng)精度表面所獲得的評(píng)價(jià)，運(yùn)用實(shí)際數(shù)值通過響應(yīng)表面的誤差預(yù)測(cè)（像關(guān)于適當(dāng)選擇設(shè)計(jì)領(lǐng)域的點(diǎn)的評(píng)估的發(fā)展）；</p><p>　　步驟6. ε-約束法的應(yīng)用，以執(zhí)行一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化，即以確定最佳Pareto解決方案。</p><p>　　步驟1被認(rèn)為是，中央綜合設(shè)計(jì)（CCD）的建筑被選定來設(shè)計(jì)一系列的實(shí)驗(yàn)/模擬，實(shí)際上，為適合二階響應(yīng)面，這是最有利的做法之一。特別是，表1

17、所示的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是為兩個(gè)設(shè)計(jì)變量制定的。</p><p>　　表1：設(shè)計(jì)變量的使用水平</p><p>　　在不同的設(shè)計(jì)變量中，進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，獲得最大薄度（t％）和回彈量（d）。圖2顯示了回彈的數(shù)值分布，圖3顯示了DOE的一個(gè)模擬細(xì)化分配，特別是μ=0.12和BHF=120 [KN]。</p><p>　　圖2：回彈分布（d[mm]） 圖3：細(xì)化分

18、布（t[％]）</p><p><b>　　4討論的結(jié)果和結(jié)論</b></p><p>　　一旦設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)模擬被開發(fā)出來，步驟4和5的程序也被開發(fā)出來和有兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)決定兩個(gè)反應(yīng)表面（參考圖4和圖5分別為響應(yīng)面的細(xì)化和回彈，所有值正?；?。通過一個(gè)“啟發(fā)式”回歸法（在Minitab的環(huán)境下開發(fā)的）獲得最佳的反應(yīng)函數(shù)，隨后排除在統(tǒng)計(jì)上較少的顯著的因素[13]。這類程序?qū)?/p>

19、致了細(xì)化的一個(gè)三階多項(xiàng)式函數(shù)，并為回彈的兩個(gè)二階一項(xiàng)函數(shù)提供非常滿意的相關(guān)系數(shù)。用t%和d的預(yù)測(cè)值和實(shí)際值的對(duì)比對(duì)所得方程進(jìn)行預(yù)測(cè)誤差測(cè)量，這樣的測(cè)試表明了兩個(gè)表面良好的預(yù)測(cè)能力。一旦響應(yīng)表面有效性進(jìn)行了測(cè)試，就可進(jìn)行Pareto最優(yōu)解測(cè)定。用于確定Pareto解決方案技術(shù)是ε-約束法。特別是，在ε-約束方法的發(fā)展上，選擇細(xì)化功能作為進(jìn)行優(yōu)化的主要功能。測(cè)定由此產(chǎn)生的Pareto曲線，通過繪制t%和d的曲線表示Pareto邊界，發(fā)表在圖

20、6上。得到的邊界是一種有效的設(shè)計(jì)工具，因?yàn)樗峁┝薖areto最優(yōu)解集：通過確定一個(gè)理想水平的細(xì)化，例如可能預(yù)見被期望的最低可能回彈水平。此外，對(duì)一些屬于Pareto邊界的點(diǎn)進(jìn)行了數(shù)值復(fù)制（例如，在圖6中看到的 點(diǎn)1到3）。3個(gè)Pareto點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的結(jié)果，在圖7中作為回彈表示；在圖</p><p><b>　　圖4：響應(yīng)表面細(xì)化</b></p><p>　　圖5：響應(yīng)

21、表面回彈圖 6：帕累托邊界 </p><p>　　此外，對(duì)于屬于Pareto邊界每一個(gè)點(diǎn)，它可以知道哪個(gè)組合設(shè)計(jì)變量（壓邊力和摩擦系數(shù)的值）對(duì)應(yīng)于給定的細(xì)化和回彈的水平。因此，可以考慮把所獲得的曲線作為一種設(shè)計(jì)工具，用一個(gè)可達(dá)到的目標(biāo)中的設(shè)計(jì)結(jié)果定義設(shè)計(jì)變量。</p><p>　　表3顯示了所選擇的點(diǎn)設(shè)計(jì)變量的值。所得到的值與相應(yīng)細(xì)化和回彈的發(fā)生

22、是非常相互一致的。這種考慮允許評(píng)估開發(fā)設(shè)計(jì)工具的有效性。事實(shí)上，得到的結(jié)果證明了該方法的有效性。</p><p>　　表2： Pareto邊界上點(diǎn) 1-2-3的設(shè)計(jì)變量</p><p>　　圖7：期望的和結(jié)果的（回彈效應(yīng)）形狀之間比較，Pareto邊界線上的點(diǎn)1-2-3</p><p>　　圖8：Pareto邊界上點(diǎn)1-2-3的分條細(xì)化</p><

23、;p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] Banu M.， Takamura M., Hama T.，Naidim O.，Teodosiu C.， Makinouchi A：在沖壓過程中雙相鋼軌形件回彈和起皺仿真。材料加工技術(shù)雜志173：178-184，2006。</p><p>　　[2] Koc M.,Chen P.: 先進(jìn)高強(qiáng)度鋼

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31、p><p>　　[8] Méi sà kè dá, Mullur jī guǎn jú: Yī zhǒng ángguì de duō mùbiāo yōuhuà jìsuàn xiàolǜ gāo yuán jiàn mó fāngfǎ. Yōuhuà gō

32、ngchéng,9: 37-67,2008.</p><p>　　字典 - 查看字典詳細(xì)內(nèi)容</p><p>　　[6] Dá: Fú shì dé, guāng gǔn. Xiàndài gāo qiángdù gāng de shùzhí huí dàn p