中文--在沖壓過程中pareto同時控制細化和回彈的優(yōu)化設計方法

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同時控制細化和回彈的優(yōu)化設計方法</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法國國家科學研究中心LMSP UMR- ENSAM，151大道·德·里總醫(yī)院，75013巴黎，法國</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沖壓件重量的同時增加其強度。這樣，一個較強的的研究工作是開發(fā)能夠被廣泛利用需要適當回彈控制的高強度鋼材。在板料成形過程中回彈的減少是一個細化與減少相沖突的典型的目標。因此，這些問題都

5、可以看作是由相互沖突的具有多目標特征被考慮。更重要的是，如今，一個偉大的研究將集中在諸多中的最優(yōu)方案，而不是一個單一的解決方案，特別是在工業(yè)環(huán)境。本文中數(shù)據(jù)模擬、響應曲面法和帕累托最優(yōu)解搜索技術(shù)的整合被應用于以設計一個DP600 U型通道形狀的沖壓操作。尤其是對作為設計變量的摩擦條件與壓邊力進行了優(yōu)化，以實現(xiàn)兩個不同的目標：減少過多的細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、響應面法的多目標優(yōu)化</p><p><b>　　朗讀</b></p><p><b>　　1簡介</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沖壓件的重量是同時增加其強度。這些問題導致了材料的成功，如高強度鋼（TRIP,DP等），它們是由成形操作后強大的回彈力產(chǎn)生的 [1-3]。其

7、中一個主要議題，板料成形過程中回彈控制問題，如今進行了計算機仿真校準。具體而言，主要問題方面：數(shù)值參數(shù)標定[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優(yōu)化問題，一般由相互沖突的目標來描述。在板料成形過程中由矛盾目標描述的最典型優(yōu)化的例子是為防止開裂和回彈定義的適當工藝參數(shù)。更重要的是，一個偉大的研究將集中在諸多中的最優(yōu)方案，而不是一個單

8、一的解決方案。因此，設計參數(shù)標定，完成所有的目標，是困難的，有時是不成功的。為了克服這一缺點，以帕累托最優(yōu)解的搜索技術(shù)為基礎的多目標優(yōu)化過程中，似乎是一個非常有吸引力的辦法來處理板材成形工藝設計[8,9]。</p><p>　　本文中數(shù)據(jù)模擬、響應曲面法和帕累托最優(yōu)解搜索技術(shù)的整合被應用于以設計一個DP600 U型通道形狀的沖壓操作。尤其是對作為設計變量的摩擦條件與壓邊力進行了優(yōu)化，以實現(xiàn)兩個不同的目標：減少過多

9、的細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計領(lǐng)域必要的變量數(shù)據(jù)鑒定的中心復合設計（CCD）應用，然后收集由CCD所確定的樣本數(shù)值模擬（顯式隱式），運行和輸出的數(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，作為函數(shù)設計變量和驗證的功能。最后，執(zhí)行為達到最佳設計變量的帕累拖最優(yōu)解。其最終目的是開發(fā)一種能夠識別一種分析過程的加工窗口和減少計算量的預測

10、工具，特別是針對多優(yōu)化技術(shù)或傳統(tǒng)的試錯方法。</p><p>　　可實施的程序?qū)υS多可能的技術(shù)方案進行了研究，獲得了一系列能夠滿足不同設計要求的可靠方案。</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高強度鋼，為了進行以下流動規(guī)律的分析，通過在0°方向開展拉伸試驗獲得試樣：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。這個過程是使用LS- DYNA的明碼進行的數(shù)值模擬，和用

12、LS - DYNA的隱式求解進行隨后的回彈分析。</p><p>　　這些數(shù)值模型[5] 中根據(jù)對以往的經(jīng)驗，利用一個在厚度方向上有9個集合點的完整綜合四邊形殼單元，在特別是，原始尺寸為3mm和三個層次的幾何網(wǎng)格調(diào)整策略被應用于數(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估回彈實

13、體即利用CAD工具與一個參考目標形狀進行比較。特別是，計算這些目標形狀和所得到的形狀之間的總偏差，（即兩個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目標函數(shù)被定義為：t％最后部分測量的最大變薄

14、量和d [mm]這是最后的形狀與參考目標形狀的最大偏差。該問題建模還包括設計變量的定義：在被調(diào)查的過程中選擇兩個設計變量，即摩擦系數(shù)（μ）和壓邊力值（BHF[KN]）</p><p>　　其實，與所分析的目標函數(shù)變量有關(guān)的設計變量的選擇，因為這些變量在表中強烈影響制約力量，在這影響變薄、回彈實體的過程中。一旦進行了優(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行：</p><p>　

15、　步驟1.數(shù)值模擬運行的規(guī)劃是通過適當?shù)膶嶒炘O計（DOE）定義來實現(xiàn)的；</p><p>　　步驟2.數(shù)據(jù)仿真的發(fā)展，根據(jù)所設計的DOE；</p><p>　　步驟3運用DOE的.數(shù)字數(shù)據(jù)收集獲得薄度（t%）和回彈量（d），為確定每個條件；</p><p>　　步驟4.原建模步驟：作為設計變量的一種功能來描述目標函數(shù)，響應面的分析制定；</p><

16、;p>　　步驟5.響應精度表面所獲得的評價，運用實際數(shù)值通過響應表面的誤差預測（像關(guān)于適當選擇設計領(lǐng)域的點的評估的發(fā)展）；</p><p>　　步驟6. ε-約束法的應用，以執(zhí)行一個多目標優(yōu)化，即以確定最佳Pareto解決方案。</p><p>　　步驟1被認為是，中央綜合設計（CCD）的建筑被選定來設計一系列的實驗/模擬，實際上，為適合二階響應面，這是最有利的做法之一。特別是，表1

17、所示的實驗設計是為兩個設計變量制定的。</p><p>　　表1：設計變量的使用水平</p><p>　　在不同的設計變量中，進行模擬設計，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的一個模擬細化分配，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>　　一旦設計的數(shù)據(jù)模擬被開發(fā)出來，步驟4和5的程序也被開發(fā)出來和有兩個目標函數(shù)決定兩個反應表面（參考圖4和圖5分別為響應面的細化和回彈，所有值正常化）。通過一個“啟發(fā)式”回歸法（在Minitab的環(huán)境下開發(fā)的）獲得最佳的反應函數(shù)，隨后排除在統(tǒng)計上較少的顯著的因素[13]。這類程序?qū)?/p>

19、致了細化的一個三階多項式函數(shù)，并為回彈的兩個二階一項函數(shù)提供非常滿意的相關(guān)系數(shù)。用t%和d的預測值和實際值的對比對所得方程進行預測誤差測量，這樣的測試表明了兩個表面良好的預測能力。一旦響應表面有效性進行了測試，就可進行Pareto最優(yōu)解測定。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，選擇細化功能作為進行優(yōu)化的主要功能。測定由此產(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計工具，因為它提供了Pareto最優(yōu)解集：通過確定一個理想水平的細化，例如可能預見被期望的最低可能回彈水平。此外，對一些屬于Pareto邊界的點進行了數(shù)值復制（例如，在圖6中看到的 點1到3）。3個Pareto點所對應的結(jié)果，在圖7中作為回彈表示；在圖</p><p><b>　　圖4：響應表面細化</b></p><p>　　圖5：響應

21、表面回彈圖 6：帕累托邊界 </p><p>　　此外，對于屬于Pareto邊界每一個點，它可以知道哪個組合設計變量（壓邊力和摩擦系數(shù)的值）對應于給定的細化和回彈的水平。因此，可以考慮把所獲得的曲線作為一種設計工具，用一個可達到的目標中的設計結(jié)果定義設計變量。</p><p>　　表3顯示了所選擇的點設計變量的值。所得到的值與相應細化和回彈的發(fā)生

22、是非常相互一致的。這種考慮允許評估開發(fā)設計工具的有效性。事實上，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 1-2-3的設計變量</p><p>　　圖7：期望的和結(jié)果的（回彈效應）形狀之間比較，Pareto邊界線上的點1-2-3</p><p>　　圖8：Pareto邊界上點1-2-3的分條細化</p><

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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 - 查看字典詳細內(nèi)容</p><p>　　[6] Dá: Fú shì dé, guāng gǔn. Xiàndài gāo qiángdù gāng de shùzhí huí dàn p