桁架结构拓扑优化设计的模拟退火算法

研究了平面桁架结构拓扑优化设计的模拟退火算法．构造了一个双重控制Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｓ准则处理应力约束,提出了一个基于力平衡的启发式准则,以实现优化过程中单元的自动增删．算例表明,该方法能够克服桁架结构拓扑优化中因存在非凸星形可行域而造成的拓扑优化求解困难．     

基于最小损伤值的齿轮毛坯锻造成形过程工艺参数优化设计

介绍了材料损伤的基本原理以及Cockroft-Latham损伤模型,提出了一种基于简约下降梯度法的锻造成形工艺优化方法．设计过程中,采用有限元分析技术与优化技术相结合的方法优化变形工艺参数,使得工件内部损伤值最小．用锻件（除去飞边部分）所有单元的最大损伤值为衡量锻件变形损伤的指标,以零件毛坯的初始高径比为设计变量,建立了优化设计的数学模型．应用该方法对齿轮毛坯非等温热锻成形工艺参数进行优化,取得了良好的效果．     

功能梯度材料拓扑优化研究

改进了传统的双向渐进拓扑优化(BESO)方法,引入了新的增删单元准则,结合梯度单元法成功地对功能梯度材料进行了拓扑优化,对今后进一步的发展作了展望。     

非均匀壁厚锻件成形工艺分析

非均匀壁厚产品在工程中应用广泛,但采用传统的成形方式有较多的局限性.以转向油泵定子为例,对典型非均匀壁厚产品的成形工艺进行了研究,提出了定子温挤成形的工艺方法.首先,对挤压成形过程进行了理论分析.然后,建立了定子挤压成形过程的刚粘塑性有限元模型,利用模拟软件对挤压工艺过程进行三维有限元仿真模拟.在此基础上,优化了成形工艺参数,分析了锻件在成形过程中的金属流动规律,提供了锻件成形过程中的应力场、速度场的分布,为指导其他非均匀壁厚锻件的生产提供依据.     

控制微观组织和材料损伤的锻造工艺多目标优化

为了对大型锻件多步锻造过程中微观组织和裂纹进行控制,提出了一种基于数值模拟的多目标优化设计方法.该方法以始锻温度、锻模击打速度和工步压下量为优化设计变量,以锻件晶粒均匀细小和材料损伤为子目标并构造总目标函数,将正交试验设计引入优化解搜索过程,获得了最优锻造工艺参数.应用该方法对圆柱体两步镦粗工艺进行多目标优化设计,并与单目标优化进行了对比分析.结果表明:工步压下量对锻件微观组织和开裂率影响最大,其次为锻模击打速度,始锻温度影响最小;要想获得均匀细小的锻后晶粒组织并防止裂纹产生,宜选用较高的始锻温度和较大的初锻压下量;多目标优化对微观组织和材料损伤的优化效果较显著.     

斗齿模锻过程优化设计方法研究

为提高模锻成形过程设计的计算效率,提出了一种基于正交设计和数值模拟相结合的优化设计方法,该方法将优化过程与有限元模拟相分离.将其应用于斗齿锻件模锻优化设计,优化了锻造过程的外形参数和工艺参数,获得了良好的效果.同时,该方法对其它模锻件成形过程的优化设计也具有指导意义.     

叉头一模两件预成形过程的数值模拟分析

锻造成形过程是一个非常复杂的弹塑性大变形过程,有限元法是用于锻造成形过程模拟中一种有效的数值计算方法.通过数值模拟技术分析叉头锻件改成一模两件的预成形过程,优化预成形模具型腔,获得合理的生产工艺,达到提高原材料利用率和生产班产量,并获得合格终锻件的目的.     

基于近似模型和数值模拟的连杆热锻成形工艺设计优化

提出了基于近似模型和数值模拟的设计优化方法.在利用有限元分析连杆热锻成形过程的基础上,以降低锻件成形过程中变形损伤为目标,以飞边槽形状参数为设计变量,采用响应面法近似模型建立了设计变量与目标函数的初始近似模型.在设计优化过程中,用近似模型代替实际的数值模拟程序,计算锻件内部的损伤值,对连杆热锻成形工艺参数进行了优化计算,取得了较为理想的效果.     

基于自适应响应面的多边形坯料形状优化设计

为了减轻设计者繁重的坯料形状试错仿真工作,对板料冲压工艺中具有很强实用价值的多边形坯料形状进行了优化设计.采用智能试验设计、移动最小二乘法、自适应优化更新方法构建响应面代理模型,优化多边形坯料形状,并开发了相应优化设计程序.以某汽车侧围内上板实际零件冲压成形为算例,进行了坯料智能设计,并对优化前后的成形效果进行比较.结果表明:优化后的坯料其成形破裂、起皱缺陷明显减少,能够获得较好的成形;文中方法可提高基于响应面代理模型的优化设计效率及精度,有助于提升模具设计智能程度,加快模具设计进程、减少生产成本.     

基于智能算法的预成形模具优化设计

为了保证航空发动机盘类锻件组织变形均匀,提高人工模拟效率,提出基于多软件协同仿真的回转体类锻件预成形模具智能优化算法。首先,利用CATIA构建预锻模具的参数化几何模型,并用Deform-2D计算终锻过程中锻件等效应变,然后使用MATLAB的遗传算法工具箱作为控制模块进行智能化控制。其次,编写3个软件的接口程序,使3个软件之间实现自动、协同、实时动态优化。最后,将该优化算法应用于钛合金整体叶盘的生产试制。研究结果表明:该优化系统具有良好的智能性和鲁棒性,优化后的锻件内部等效应变在理想区间(0.45～1.05)所占比例由54.8%提高到了94.3%,并且通过产品试制测试零件性能满足要求。     

基于神经网络响应曲面的预锻模具形状优化与再设计方法

针对二次多项式响应曲面在解决非线性问题时的局限性,提出了以神经网络为基础构建响应曲面的方法,建立了预锻模具形状与填充度之间的映射关系,并结合离子群优化算法(PSO)求得最优解,以两工步二维轴对称锻造问题为例,验证了其效果良好.同时,为解决预锻模具优化结果过于复杂的问题,提出了基于知识的再设计概念,用于进一步简化优化结果.通过与原优化结果的对比,验证了再设计方法效果良好.     

量子进化算法在BP网络模型优化中的应用

BP网络的研究多年来主要集中于网络的结构与参数优化上,却忽略了对训练过的BP网络模型本身的优化.针对上述问题,提出了一种解决BP网络模型优化的量子进化算法.通过裙座锻造结构参数优化设计实例,表明量子进化算法较好地实现了BP网络模型的优化设计,可有效解决实际工程的优化问题.     

基于KBE和有限元模拟优化技术的热收口工艺智能设计

为解决传统收口设计开发主要依靠设计人员的经验而导致开发周期长、成本高的问题,设计并开发了针对热收口工艺的智能设计集成系统,将基于知识的工程和基于规则的推理技术运用到收口工艺三维设计中.通过特征识别等智能设计技术,推理出收口前坯料的初始形状,实现了CAD/CAE的集成;运用有限元软件对初始设计进行正向模拟,并自动根据模拟结果,应用优化算法对收口模具内形和收口前坯料进行修改;通过迭代优化后获得合适的收口模具内形和收口前坯料的设计.通过实例证明,集成智能设计系统能使设计的收口工艺方案更加合理、可靠,避免反复重新设计和验证修改,并减少设计人员的工作量,能极大地提高收口产品设计的设计效率.     

基于成形过程的闭塞式冷锻工艺优化

针对闭塞式冷锻工艺复杂、单纯在某个成形阶段优化金属填充性和成形力无法使工艺参数达到最佳值的问题,提出了一种基于成形过程的冷锻工艺多目标优化方法.结合有限元模拟技术和正交试验方法,在闭塞式冷锻基本成形阶段使金属填充性达到最佳,实现金属填充性的优化,获得相应的工艺参数组;然后采用目标函数值拟合优化方法研究了飞边槽高度与凸模下压量之间的关系,通过控制飞边槽高度使成形力在最终填充阶段达到最小,实现了成形力的优化,在保证金属填充性最优的前提下获得了新的使成形力最小的优化工艺参数组,实现了金属填充性和成形力的分过程优化,优化得到的工艺参数组与物理实验数据一致.研究结果表明,所提出的方法充分考虑了闭塞式冷锻工艺的成形特点,能更简便、更准确、更合理地实现闭塞式冷锻工艺的参数优化.     

精锻叶片模具三维型面优化技术

基于有限元模拟技术,对包括切边工序在内的叶片精锻过程进行了准确模拟,并针对叶片锻造过程中叶身型面产生的尺寸偏差,采用模具型面直接补偿的方法对叶片精锻模具进行了三维优化设计.通过模拟,定量给出了锻件型面的尺寸偏差,建立了偏差类型与型面变形之间的关系.以锻件型面偏差总量最小为优化目标,设计了基于变化的权重优化算法,准确计算了模具型面各节点上的插补值,并利用B样条曲面构建技术对优化后的模具型面进行了重构.开发了模具型面直接补偿优化设计系统,并对镍基叶片模具进行了优化设计.结果表明,模具型面偏差明显减小,优化效果显著.     

电容式两相流相浓度传感器的有限元模化与正交优化设计

将有限元法与正交设计法相结合对电容式两相流相浓度传感器进行了计算机辅助设计,建立了传感器的有限元模型,分析了模化误差及测试单元变化对敏感场均匀性评价指标的影响,指出优化过程中必须保持有限元网格的一致性以保证仿真结果的可比性,给出一传感器正交优化示例,优化后的传感器具有接近均匀的敏感场分布,性能指标有明显的改善·     

光学显微系统的图像质量优化方法

为了改善显微成像系统的照明均匀度和光照度,对透射式显微镜照明装置中的聚光镜进行优化设计.首先,分析由双透镜组成的阿贝聚光镜光轴不对中、通光孔径小等问题对成像质量带来的负面影响.然后,提出用单一非球面透镜替代双透镜聚光镜来改善成像质量的方法.最后,实测聚光镜改进前后的照明装置对显微镜照明均匀度和光照度等关键性能指标的影响.实验结果表明:在20X,40X物镜下,使用单个非球面透镜组成的聚光镜的照明装置的照明均匀度分别达到0.50%和0.66%,比改进前的双透镜聚光镜的均匀度提高5倍;同时,优化聚光镜后的照明装置光照度比优化前分别提高了15%和17%.实际样本实验也表明,使用单个非球面镜聚光镜的照明装置能有效提高照明均匀度和光照度,可以改善透射式光学显微镜的成像质量.     

粉末烧结体热复压变形力的工程计算

阐述用机械压力机进行粉末热锻时Fe-0.22C粉末烧结体热复压变形力的工程计算.在相同温度下进行粉末烧结体热复压,锻造力的增加往往使锻造密度也增加.介绍了粉末烧结体热复压试验用的设备、材料及方法.通过热复压变形测定了一定锻造温度下的真实屈服应力σs.根据Kuhn关于多孔预制坯的屈服准则和热复压时的应力应变关系提出复压力的理论公式,可导得简化的热复压变形力的工程计算公式.本公式对粉末锻造实际生产有一定的实用意义.