本文關鍵詞：基于Kriging模型的球鉸芯軸預成形多目標優(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容并不多,國內的很多鍛造企業(yè)主要還是依據長期的生產實踐經驗來制定球鉸芯軸的鍛造工藝,對于如何合理地進行類似汽車軸類零件的預成形設計還是基于傳統(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成形優(yōu)化設計結合起來,從而對制造的各個環(huán)節(jié)有更準確的把握顯得尤為重要。球鉸芯軸鍛造成形工藝過程復雜,其過程的可操作性、成形質量及穩(wěn)定性、材料利用率以及成形載荷、模具應力等,都對球鉸芯軸的生產制造過程影響深遠,是需要考慮的優(yōu)化目標。本文對國內外汽車復雜軸類零件的成形工藝、精密塑性成形技術的研究現(xiàn)狀進行了簡單介紹,并以推力桿球鉸芯軸為例對其預成形過程進行了優(yōu)化設計,對預成形工藝參數(shù)進行了多目標的優(yōu)化。首先設計了球鉸芯軸的精密鍛造成形工藝,選擇卡壓制坯的方法進行材料的預分配。通過數(shù)值模擬,設計不同的對照模擬實驗,研究了卡壓預成形過程中坯料的尺寸變化規(guī)律,以此為基礎推導出卡壓預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),并確定了相關預成形工藝參數(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建立了正交試驗,通過正交試驗的因素指標以及正交試驗的二階預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,在正交試驗的基礎上通過拉丁超立方法選取初始樣本點以終鍛過程最大成形載荷以及模具最大等效應力為響應進行了多組數(shù)值模擬,依次建立了Kriging近似替代模型,并驗證了近似模型的精確度。最終,通過遺傳算法的多目標優(yōu)化與近似模型建立了聯(lián)系,并最終通過迭代運算獲得了預成形工藝參數(shù)的最優(yōu)值。最后,通過生產實踐,將優(yōu)化工藝參數(shù)與原設計參數(shù)進行了對比,模擬結果與生產實際吻合,且鍛件的成形質量等方面有顯著的提高。本文將球鉸芯軸精密鍛造預成形設計、數(shù)值模擬技術、正交試驗設計與近似替代模型方法、遺傳算法多目標優(yōu)化相結合,達到了優(yōu)化預成形設計、提高材料利用率、優(yōu)化鍛件成形質量等目的。本文研究成果對球鉸芯軸的實際鍛造生產具有指導意義,并為類似鍛件的生產以及相關的預成形設計與優(yōu)化提供了理論指導和實踐依據。
【關鍵詞】：球鉸芯軸 卡壓預成形 Kriging近似模型 遺傳算法
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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 汽車推力桿結構13-15
• 1.2.1 汽車推力桿結構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 金屬體積預成形設計的發(fā)展與研究現(xiàn)狀19-24
• 1.4.1 國內外預成形設計的發(fā)展現(xiàn)狀19-21
• 1.4.2 主要的預成形優(yōu)化設計方法21-22
• 1.4.3 球鉸芯軸預成形設計22-24
• 1.5 本課題的研究的目的及意義24
• 1.6 本課題的研究的內容及方法24-26
• 第二章 剛粘塑性有限元理論基礎和卡壓成形規(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邊界條件的設置28-30
• 2.3.3 摩擦條件的設置30
• 2.4 卡壓制坯的成形規(guī)律30-40
• 2.4.1 球鉸芯軸預成形的有限元模型31-34
• 2.4.2 預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 卡壓制坯體積預分配規(guī)律39-40
• 2.5 本章小節(jié)40-41
• 第三章 正交試驗設計與近似模型41-59
• 3.1 引言41
• 3.2 設計變量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 模具預熱溫度43
• 3.3 目標函數(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 卡壓預成形優(yōu)化正交試驗設計45-48
• 3.4.1 試驗設計及其結果45-47
• 3.4.2 正交試驗的二階優(yōu)化47-48
• 3.5 近似模型構建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 多目標優(yōu)化49-50
• 3.5.4 約束條件50-51
• 3.6 Kriging近似模型設計51-58
• 3.6.1 LHS方法51
• 3.6.2 初始樣本點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近似模型的實現(xiàn)54-57
• 3.6.6 Kriging近似模型的精度檢驗57-58
• 3.7 本章小結58-59
• 第四章 基于懲罰函數(shù)的遺傳算法多目標優(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59-60
• 4.2.2 遺傳算法的基本運算過程60
• 4.3 復雜的非線性多目標約束優(yōu)化問題60-62
• 4.3.1 遺傳算法多目標優(yōu)化方法61-62
• 4.3.2 基于懲罰函數(shù)的遺傳算法62
• 4.4 遺傳算法多目標優(yōu)化的實現(xiàn)形式62-65
• 4.4.1 基于ga函數(shù)的遺傳算法設計62-63
• 4.4.2 gatool工具箱的調用63-65
• 4.5 球鉸芯軸預成形遺傳算法多目標優(yōu)化的結果分析65-66
• 4.5.1 遺傳算法最優(yōu)解65
• 4.5.2 遺傳算法最優(yōu)解驗證65-66
• 4.6 本章小結66-67
• 第五章 球鉸芯軸預成形優(yōu)化的生產驗證67-72
• 5.1 生產試驗設備及模具67-68
• 5.2 生產試驗用材料及參數(shù)68-69
• 5.3 生產實踐驗證69-70
• 5.4 本章小結70-72
• 第六章 結論與展望72-74
• 6.1 完成的主要工作及結論72-73
• 6.2 展望73-74
• 參考文獻74-78
• 致謝78-79
• 在攻讀碩士期間發(fā)表的學術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 正交試驗二階預測MATLAB代碼80
• A.3 拉丁超立方法(LHS)樣本點拾取MATLAB代碼80-81
• A.4 Kriging近似模型預測最大成形載荷MATLAB代碼81-82
• A.5 Kriging近似模型預測模具最大等效應力MATLAB代碼82-83
• A.6 Kriging近似模型預測終鍛成形質量MATLAB代碼83
• A.7 Kriging近似模型預測充填率MATLAB代碼83-84
• A.8 Kriging近似模型預測材料利用率MATLAB代碼84-85
• A.9 基于ga函數(shù)的遺傳算法設計MATLAB代碼85-86

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