论文摘要
板料成形广泛应用于汽车、航空、航天等领域,在国民经济中占有重要的地位。对于板料成形而言,板料成形工艺设计是关键。板料成形工艺设计过程不仅是科学更是艺术,包含着人类的创造力和直观性的经验,传统上需要设计人员根据书本上的知识和直观经验来制定。而正是由于板料成形工艺设计过程存在着信息缺失、信息过饱和以及信息不确定性,导致了目前大多数的板料成形工艺设计系统在应用上存在限制。因此,如何解决板料成形工艺设计过程中存在的不确定和非线性问题是学术界和工业界的迫切需求。仿生智能与生物中的一些部分信息处理系统相对应,具有在不确定的环境中进行逻辑推理以及联想学习的能力,能够解决复杂系统中带有不确定因素的建模和优化问题,这与板料冲压成形工艺设计中的不确定性、不完整性和非线性是相对的。同时对提高板料成形工艺设计的智能化、自动化水平具有重要的理论和工程意义。本文以仿生智能技术中的模糊理论和免疫算法为基础,开展了板料成形工艺智能设计理论以及关键技术的研究。建立了基于模糊综合评价的板料成形工艺性评判系统;研究了基于模糊的板料成形工艺设计,建立了筒形件模糊板料成形工艺设计系统,模拟了设计人员的设计流程:提出了板料成形工艺参数的模糊理论算法;研究了模糊聚类算法,并同统计学理论结合,建立了弯曲回弹模糊聚类知识分析系统;研究了翻边毛坯模糊设计方法,建立了翻边毛坯模糊设计系统;研究了免疫克隆算法,将其同近似模型相结合,最后构建了基于免疫克隆算法的板料成形多目标工艺优化方法。针对传统板料冲压成形工艺设计流程中的关键问题,研究了板料成形工艺设计过程中的经验性和不确定性,将模糊理论引入板料工艺设计,模拟了人类工程师的板料成形工艺设计的思维。冲压件的工艺性判断是冲压工艺设计中极其重要的一步。由于冲压件受多种因素的影响,为了确定冲压件的工艺性,专家经验知识必须被考虑。模糊综合评价作为一种对受多种因素影响的事物做出全面评价的一种十分有效的多因素决策方法,能够结合冲压专家知识解决此类问题。首先,对影响板料冲压成形工艺性判断因素进行筛选,选用形状几何尺寸、精度以及材料性能三因素作为第一级:将形状几何因素进一步的分为形状复杂程度、工件最大距离以及工具最大距离与工件高度比值三种影响因素;同时,根据各个因素对冲压件工艺性的影响程度建立了隶属度函数;建立了板料冲压成形工艺评价目标集。在对冲压工艺性影响因素评价的基础上,采用多级模糊综合判断算法与最大一最小算法对冲压工艺性进行评价,并编写了算法。最后以离合器盖为例,对其进行了冲压工艺性评价。根据冲压件的工艺参数和各个阶段主要影响因素分别建立了评价矩阵和权重集。根据两次评价结果发现,隶属度函数以及权重的获得对板料冲压成形工艺性的评价结果具有重大影响。由于冲压工艺设计方法缺少高度自动化设计软件,设计人员还是主要的依靠本身的经验,导致了冲压件从设计、生产、调试需要花费大量的时间,所以本文将模糊理论引入传统的模具设计过程中,模拟工程师的设计流程。建立了拉深工艺设计系统,主要包括输入输出模块、知识库模块、工艺设计模块。该系统首先根据面向对象的方法建立了冲压知识表达模型,然后参考模糊理论所提供的将知识库向非线性映射转换的工具,建立了设计过程的智能调整模型。最后,以筒形件为例,展示了整个设计过程,系统结果合理有效。传统的模具设计涉及大量的工艺参数,但由于手册上的工艺参数只是在单一实验条件下获得的,其泛化性能具有一定的局限性,导致了板料成形工艺设计过程中需要大量的工程经验知识。本文将工艺参数结合模糊理论,提出了两种工艺参数的模糊修正算法。第一种,利用模糊系统计算模糊修正系数,将其同传统的工艺参数相乘,获得修正的工艺参数:第二种将目前的工艺参数同影响因素一起嵌入模糊系统,进行理论修正计算,获得修正的工艺参数。最后,以拉深系数为例,展示了构建过程。在塑性加工领域,大量的实验数据和有限元模拟数据充斥在书本、实验报告、工程师的经验中,使大量的工作处于离散和重复的状态,为了从各种工艺数据中寻找模式、提取隐含的、潜在的知识,引入了模具聚类方法,结合统计学理论,针对板料弯曲回弹的进行了模糊聚类分析研究。首先,以低碳钢弯曲回弹为研究对象,建立了弯曲回弹模糊聚类知识分析模型;然后,对模糊聚类算法进行了研究,构建了弯曲回弹模糊聚类系统。接着,进行了弯曲回弹模糊聚类知识分析,获得了弯曲回弹聚类模型。以材料性能、弯曲角、相对弯曲半径为参数对构建的回弹聚类模型进行了进一步的检验和测试,预测结果同真实回弹结果符合良好,证明其有效性和可靠性。在进行镁合金板料弯曲回弹试验的基础上,将模糊聚类知识分析引入镁合金板料弯曲回弹分析,提出了镁合金板料的弯曲回弹模糊聚类知识分析,分别构建了镁合金板料弯曲回弹隶属度函数和弯曲回弹模糊聚类分析模型,有效地进行了镁合金板料弯曲回弹模糊聚类知识分析。毛坯设计是板料工艺设计中的关键问题,本文在研究翻边成形的应力状态分类的基础上,总结了翻边类型分类组合。根据翻边类型分类组合,提出了组合式翻边毛坯模糊设计方法,分别构建了压缩类翻边毛坯模糊设计系统、伸长类翻边毛坯模糊设计系统、弯曲类翻边毛坯模糊设计系统。为了构建翻边毛坯模糊设计系统,本文提出了基于Table Look-up Scheme板料成形工艺模糊系统构建方法。针对翻边毛坯设计,将翻边零件边界和毛坯边界进行了离散,构建了基于TableLook-up Scheme的翻边毛坯设计系统的输入一输出数据集。然后,研究了TableLook-up Scheme的知识库构建方法,将输入—输出空间进行了模糊划分建立了隶属度函数,根据输入—输出数据集构建了IF—THEN规则,并利用规则强度,解决了规则冲突的问题。然后,选用带有乘积推理机、单值模糊器、中心平均解模糊器,构建了基于Table Look-up Scheme的翻边毛坯模糊设计系统。由于存在隶属度函数获取的主观性、规则冲突及获取等问题,引入了自适应模糊系统。然后,对翻边毛坯自适应模糊设计系统的模糊空间的划分和隶属度函数的形式的影响作了研究,得出了隶属度函数选择高斯函数形式较好,考虑到计算效率和精度,模糊空间划分为3～5份比较合适。以内曲翻边为例,检验了翻边毛坯自适应模糊设计系统的输出。本文最后以S形翻边为例,将其输入翻边毛坯模糊设计系统,从而获得了毛坯形状,并进行了试验验证,成形结果良好。将免疫克隆算法与近似模型构建方法相结合,提出了基于免疫克隆算法的板料成形工艺优化方法。研究了免疫克隆算法的原理与构建,以VC++为平台编写了克隆算子、变异算子、选择算子,实现了免疫克隆算法。鉴于板料成形问题的复杂性和非线性,导致了其数学模型构建的困难,利用近似模型构建了板料成形工艺多目标优化模型。首先,采用数字模拟的结果构建了响应面空间点,利用二乘法获得了响应面函数,并编写了计算结果接口与响应面函数的求解程序。然后,建立了多目标优化模型,采用免疫克隆算法对其进行优化求解。最后,采用有限元法对最优解进行了精确分析和验证。以内曲翻边为例,建立了起皱和厚度变化的优化目标函数。对免疫克隆算法进行了求解,获得了良好的优化结果。
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标签：板料成形工艺设计论文; 仿生智能技术论文; 模糊理论论文; 免疫克隆算法论文; 优化论文;