基于数值模拟的叶片精锻过程优化设计

论文题目: 基于数值模拟的叶片精锻过程优化设计

论文类型: 硕士论文

论文专业: 材料加工工程

作者: 王鹏

导师: 刘郁丽

关键词: 叶片精锻,预成形优化,工艺参数优化,数值模拟

文献来源: 西北工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 叶片是航空发动机中一类量大面广的重要零件之一,叶片精锻是叶片锻造的发展趋势。叶片精锻过程是一个受诸多因素影响的复杂变形过程。叶片精锻预成形毛坯的正确设计和工艺参数的合理选取与叶片锻件的制造成本、质量和生产效率密切相关,所以对叶片精锻预成形毛坯形状及工艺参数进行优化设计是实现叶片精锻所必须进行的基础性研究工作。为此,本文基于优化设计理论,并采用有限元数值模拟技术对叶片精锻过程优化设计的关键技术问题展开研究,在此基础上,以单榫头叶片为研究对象,对其预成形毛坯形状和工艺参数进行优化设计,从而确定出单榫头叶片精锻所需的合理的预成形毛坯形状及合理的工艺参数。 本文的主要研究内容和结果如下: 对基于数值模拟的叶片精锻过程优化设计中的关键技术问题进行了研究。包括:叶片精锻过程优化设计形状优化目标函数的构造方法;叶片精锻过程预成形毛坯形状的参数化曲线表达、优化设计变量的提取及优化设计方法的选择。 借助于虚拟实验设计,建立了叶片终锻件形状优化目标函数与表示预成形毛坯形状的三次B样条曲线的控制点坐标之间的相关关系——多元非线性回归预测模型。基于该回归模型,在对虚拟正交实验结果进行直观分析的基础上,采用基于灵敏度分析的优化算法对叶片精锻预成形毛坯的形状进行优化设计。按照虚拟实验—回归预测—灵敏度优化的方法,确定了叶片精锻过程精确充满模腔所需的合理预成形毛坯形状。 以叶片终锻件精确充满模腔为优化目标,以叶片精锻过程工艺参数——工件与模具间摩擦因子和模具压下速度为优化设计变量,采用改进的黄金分割优化方法对叶片精锻工艺参数进行了优化设计,从而得到了叶片精锻过程中最佳的工艺参数为摩擦因子m=0.12,模具压下速度v=25mm/s。

论文目录:

摘要

Abstract

论文的主要创新与贡献

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 叶片锻造技术的研究现状及发展趋势

1.3 数值模拟在叶片锻造过程中的应用

1.4 基于数值模拟的锻造过程优化设计方法

1.4.1 基于正向模拟技术的优化设计方法

1.4.2 基于反向模拟技术的优化设计方法

1.5 选题的背景与意义

1.6 本文的主要研究内容

第2章 刚粘塑性有限元基本原理

2.1 引言

2.2 基本假设与基本方程

2.2.1 基本假设

2.2.2 基本方程

2.3 刚粘塑性有限元的变分原理

2.4 刚粘塑性有限元求解方程

2.4.1 刚粘塑性有限元求解步骤

2.4.2 变形体离散化

2.4.3 单元应变速率矩阵

2.4.4 单元刚度方程

2.4.5 线性化处理

2.4.6 坐标变换

2.5 本章小结

第3章 叶片精锻过程优化建模的关键技术问题

3.1 引言

3.2 优化设计的主要内容和一般原则

3.3 叶片锻造过程优化设计目标函数的建立

3.3.1 叶片精锻过程的优化目标

3.3.2 叶片精锻优化目标函数的建立方法

3.3.3 叶片精锻优化目标函数模型的建立过程

3.4 叶片精锻过程优化设计变量的选取

3.4.1 叶片预成形件形状优化的设计变量选取

3.4.2 叶片精锻过程优化工艺参数的选择

3.5 优化设计方法的选择

3.6 本章小结

第4章 叶片精锻过程预成形毛坯形状优化设计

4.1 引言

4.2 优化设计模型

4.3 虚拟实验设计

4.3.1 有限元数值模拟条件

4.3.2 初始预成形毛坯确定

4.3.3 实验方案设计

4.4 模拟结果的分析

4.4.1 计算结果

4.4.2 计算结果的多元非线性回归分析

4.4.3 实验结果的直观分析

4.5 基于灵敏度分析的叶片精锻预成形毛坯形状优化设计

4.5.1 灵敏度分析

4.5.2 优化计算过程

4.5.3 优化设计结果

4.6 本章小结

第5章 叶片精锻过程工艺参数的优化设计

5.1 引言

5.2 优化设计模型

5.3 黄金分割优化方法的改进

5.3.1 黄金分割优化方法

5.3.2 对黄金分割法的改进

5.3.2.1 对设计变量加约束条件

5.3.2.2 寻找多个局部最优点从而确定全局最优

5.4 工艺参数的优化

5.4.1 有限元数值模拟的条件

5.4.2 优化设计流程

5.4.3 优化结果与分析

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表和待发表的论文

致谢

发布时间: 2005-06-27

参考文献

• [1].1.6MN精锻机主机设计[D]. 葛鹏.兰州交通大学2016
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• [3].精锻机夹头设计及关键件有限元分析[D]. 张信军.河北工业大学2007
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• [5].节套体多向精锻关键技术的研究[D]. 冀东生.华中科技大学2008
• [6].弧齿锥齿轮精锻模具设计及有限元分析[D]. 何旺枝.湖南科技大学2010
• [7].钛合金二级叶片精锻过程数值模拟研究[D]. 闵慧娜.沈阳理工大学2009
• [8].直齿圆柱齿轮冷精锻成形数值模拟及齿形修形研究[D]. 席庆坡.机械科学研究院2003
• [9].叶片精锻变形—传热—组织演变耦合的三维有限元分析[D]. 刘君.西北工业大学2004
• [10].基于数值模拟的多排链轮半精锻成形研究[D]. 程旺军.太原理工大学2015

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