板材V型自由弯曲智能化控制技术的研究

论文题目: 板材V型自由弯曲智能化控制技术的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料加工工程

作者: 官英平

导师: 赵军

关键词: 型件,弯曲智能化,理论解析,有限元模拟,识别模型,预测模型,神经网络,数据采集系统,智能化控制系统

文献来源: 燕山大学

发表年度: 2005

论文摘要: 板材成形是金属塑性加工领域的一大分支,在汽车、航空、仪表等工业领域占有重要的地位,其技术水平在某种程度上反映一个国家或地区的工业现代化水平。板材成形自动化由于不具备实时监测、识别、和预测的能力,只能按照预先设定好的加工程序和工艺参数完成成形过程。当被加工对象的材质及工况条件有变化或波动时,不能对工艺参数自动地进行相应的调整。板材成形智能化,由实时监测、实时识别、实时预测和实时控制四个基本要素构成,通过控制科学、计算机科学与板材成形理论的有机结合,根据被加工对象的特点,利用易于监测的物理量,实时确定材料性能参数及最优的工艺参数,并自动以最优工艺参数完成板材成形过程。所以板材成形智能化过程是冲压成形过程自动化及柔性加工系统等新技术的更高级阶段,不但可以改变冲压生产工艺的面貌,而且还将促进冲压设备的变革,同时也会引起板材成形理论的进步与分析精度的提高,在降低板材级别,消除模具与设备调整的技术难度,缩短调模试模时间,提高成品率和生产率等方面都具有十分明显的意义。板材弯曲成形在工程实践中应用极为广泛,因此,研究板材弯曲过程智能化控制技术很有学术价值和实际意义。 本文在板材拉深成形智能化控制的研究成果基础上,分析了板材弯曲智能化需要解决的关键技术,在理论解析、参数识别及最优工艺参数的预测等方面的相关问题展开了系统研究。 在板材弯曲智能化控制所要求的四个基本要素中,参数识别模型和最优工艺参数预测模型的建立是基于对弯曲成形规律认识的基础上的。利用板材成形塑性理论,根据弯曲变形特点,在考虑弹性变形的条件下,得出了弯曲变形应力应变分布规律,并根据回弹理论,推导出了回弹角的计算公式。为弯曲智能化控制材料参数的实时识别和预测提供了理论依据。同时,对板料弯曲过程中厚度的减薄、减小回弹的方法及利用滑移线法求解变形区应力应变问题进行了探讨。 利用理论解析和有限元模拟等研究手段,分析了对弯曲成形有影响的主要因素,从而确定了弯曲智能化控制过程中的参数识别及最优工艺参数预测模型。网络拓扑结构选择前向神经网络结构,Levenberg-Marquarat 算法作为网络优化算法,并利用Matlab 语言进行编程计算。对于样本数据的采集问题,研究了数值模拟替代部分实验获取样本的可行性,使得多种样本数据达到了 1‰的平方和误差。此外,研究了样本数据和隐层节点数目对网络模型效率、精度和泛化能力的影响规律。 利用美国NI公司的虚拟仪器控制软件LabVIEW、6062E数据采集卡及相关模块,建立了便携式数据采集系统。在该系统上开发了信号采集和传感器标定等程序,获

论文目录:

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 板材成形智能化的概念及意义

1.3 板材成形智能化技术的研究课题

1.4 板材弯曲成形智能化技术的研究现状及国内外发展趋势

1.4.1 弯曲成形的理论研究

1.4.2 弯曲回弹的预测方法

1.4.3 弯曲回弹的控制方法

1.5 选题的意义、主要研究内容及技术路线

1.5.1 选题的意义

1.5.2 主要研究内容

1.5.3 研究的技术路线

第2章 宽板弯曲过程的理论分析

2.1 概述

2.2 基本方程

2.2.1 广义虎克定律

2.2.2 塑性变形应力应变关系、等效应变和等效应力

2.2.3 应力平衡方程

2.3 宽板 V 型自由弯曲

2.3.1 基本假设

2.3.2 板料弹塑性弯曲应力分析

2.3.3 弹塑性交界处曲率半径

2.3.4 弹塑性弯曲力矩

2.3.5 弯曲力P 和弯曲行程h 之间的关系

2.3.6 弯曲回弹

2.4 减薄系数的计算

2.4.1 基本假设

2.4.2 减薄系数的计算

2.5 宽板校正弯曲

2.5.1 变形区应力分析

2.5.2 中性层曲率半径

2.5.3 弯曲力矩

2.5.4 弯曲回弹

2.6 宽板拉弯

2.6.1 基本假设

2.6.2 弯曲变形区应力分析

2.6.3 拉力和弯矩的计算

2.6.4 拉力N 产生的弯矩

2.6.5 应力σθ产生的力矩

2.6.6 外加弯矩

2.6.7 弯曲回弹

2.7 宽板弯曲变形区应力的滑移线解法

2.7.1 基本假设

2.7.2 弯曲变形区滑移线方程

2.7.3 弯曲变形区的应力分布

2.8 本章小节

第3章 宽板V型自由弯曲过程的有限元数值模拟

3.1 引言

3.2 ANSYS 软件概述

3.3 弯曲模拟方法

3.3.1 基本假设

3.3.2 模拟模具的选择

3.3.3 单元类型的选择

3.3.4 单元尺寸的确定

3.3.5 材料模型的确定

3.3.6 接触部分的处理

3.3.7 模拟算法的选定

3.3.8 卸载路径的选择

3.4 模拟结果分析

3.4.1 弯曲力与弯曲行程的关系

3.4.2 目标弯曲角与弯曲行程的关系

3.5 影响板料弯曲成形及卸载过程的主要因素

3.5.1 板材厚度对初始弯曲成形及卸载过程的影响

3.5.2 凸模圆角半径对初始弯曲成形及卸载过程的影响

3.5.3 凹模跨度对初始弯曲成形及卸载过程的影响

3.5.4 凹模圆角半径对初始弯曲成形及卸载过程的影响

3.5.5 摩擦系数对初始弯曲成形及卸载过程的影响

3.5.6 材料性能对初始弯曲成形及卸载过程的影响

3.6 本章小结

第4章 宽板V型自由弯曲智能化控制过程中神经网络参数的识别及预测

4.1 引言

4.2 神经网络技术在塑性加工领域中的应用

4.3 宽板 V 型自由弯曲智能化控制过程的神经网络参数识别模型

4.3.1 网络输入输出层设计

4.3.2 样本数据的采集及处理

4.3.3 隐层数目和隐层节点数的选取

4.3.4 神经网络的优化算法

4.3.5 编程语言的特点

4.3.6 网络模型识别结果

4.3.7 识别模型的网络泛化能力

4.4 宽板V 型自由弯曲智能化控制过程最优工艺参数的预测

4.4.1 网络模型预测结果

4.4.2 预测模型的网络泛化能力

4.5 本章小结

第5章 宽板V 型自由弯曲智能化控制实验系统

5.1 引言

5.2 宽板 V 型自由弯曲智能化控制实验系统

5.3 便携式信号采集系统的建立

5.3.1 LabVIEW 虚拟仪器控制程序简介

5.3.2 基于 LabVIEW 的数据采集系统

5.3.3 数据采集的信道设置

5.3.4 信号调理

5.4 便携式数采系统的功能

5.5 基于便携式数据采集系统上的程序开发和测试

5.6 弯曲过程中的参数实时识别及预测

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介

发布时间: 2005-07-22

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