基于回彈控制的板料成形工藝優(yōu)化方案分析

摘 要：回彈是汽車覆蓋中最為嚴(yán)重的一種缺陷，因此尋找一種合理的設(shè)計(jì)方案成為了重要任務(wù)。針對(duì)回彈控制的板料問(wèn)題展開(kāi)分析，通過(guò)分析確立了將多目標(biāo)優(yōu)化作為基礎(chǔ)，實(shí)施具有綜合評(píng)判性質(zhì)的回彈檢驗(yàn)方式；同時(shí)利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)以及響應(yīng)面等方式，與LS-DYNA關(guān)鍵字文件結(jié)合，一同建立起回彈控制成形工藝參數(shù)相應(yīng)的集成優(yōu)化模型，同時(shí)也對(duì)變壓邊力以及拉延筋力給回彈帶來(lái)的影響進(jìn)行了相應(yīng)的分析，旨在在不斷的分析中確定相應(yīng)的優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：板料成形工藝；回彈控制；優(yōu)化方案

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.028

在汽車覆蓋成形中，回彈是一種最為重要的、潛在的缺陷之一，回彈的存在給汽車覆蓋帶來(lái)了極大的消極影響，如由于回彈缺陷的存在汽車覆蓋的尺寸精度會(huì)不斷的下降，給汽車裝配精度帶來(lái)影響，給汽車的試模與調(diào)磨工作帶來(lái)壓力；同時(shí)也給汽車的整體外形與美觀程度帶來(lái)了消極影響。另外，目前隨著科技的發(fā)展，在汽車制造中必須要考慮其安全性與重量，為此當(dāng)前已經(jīng)有大量的鋁合金板和高強(qiáng)度板被使用，由于材料的特殊性使得回彈問(wèn)題更加嚴(yán)重，該問(wèn)題急需被解決。

1 控制的板料優(yōu)化算法、策略與集成分析

在對(duì)控制的板料優(yōu)化過(guò)程成中，完成有限模擬往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間，而應(yīng)用對(duì)代理元模型即響應(yīng)面模型不斷優(yōu)化方式能夠在節(jié)省時(shí)間的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)提升計(jì)算效率的目的[1]。與此同時(shí)，也可以在初步優(yōu)化的過(guò)程中，應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方式優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，從而將后續(xù)優(yōu)化的初始優(yōu)化點(diǎn)確定下來(lái)，那么具體優(yōu)化策略與步驟應(yīng)為：

首先，采用優(yōu)化的拉丁超立方技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)變量中實(shí)驗(yàn)方案，并且實(shí)施組合工作，同時(shí)利用優(yōu)化試驗(yàn)方案，確保在設(shè)計(jì)空間中試驗(yàn)方案能夠均勻的分布，以實(shí)現(xiàn)能夠通過(guò)少的試驗(yàn)次數(shù)得到更多的信息的目標(biāo)。

其次，在進(jìn)行矩陣有限元模擬自動(dòng)優(yōu)化計(jì)算過(guò)程中，可以利用優(yōu)化的拉丁超立方試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)目標(biāo)函數(shù)的最小二乘法回歸求出響應(yīng)面的待定系數(shù)，從而建立起具有優(yōu)化性質(zhì)的代理元模型。

最后，在對(duì)響應(yīng)面模型展開(kāi)優(yōu)化計(jì)算的過(guò)程中，可以應(yīng)用多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，在得到相應(yīng)優(yōu)化解集的基礎(chǔ)之上，確定最優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)。另外也可以利用有限元模擬展開(kāi)對(duì)比驗(yàn)證，從而得到最優(yōu)解。本文研究中的多目標(biāo)優(yōu)化算法主要采用的是Pareto優(yōu)化解集中NSCA-Ⅱ非支配排序遺傳算法[2]，這種算法能夠適用于多種形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，如非連續(xù)、高度非線性的多目標(biāo)問(wèn)題優(yōu)化等等。本文研究中應(yīng)用的算法是小生境分組技術(shù)進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)該種計(jì)算方式能夠在可行設(shè)計(jì)空間內(nèi)獲得均勻分布的候選解集，從而實(shí)現(xiàn)增加群體多樣性的目的；這種計(jì)算方式也能夠提升個(gè)體選擇的效率，確保各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算的精準(zhǔn)度，為汽車覆蓋的設(shè)計(jì)提供相應(yīng)保障。獨(dú)立優(yōu)化算法與獨(dú)立有限元分析工具是本文中優(yōu)化集成應(yīng)用的兩種工具，同時(shí)利用中間文件與自編程序完成相應(yīng)信息傳遞工作。

2 基于回彈控制多目標(biāo)優(yōu)化分析

首先，建立有限元模型，本文研究的車頂蓋內(nèi)加強(qiáng)板有限元模型，尺寸在980mm×130mm×35mm范圍之內(nèi)，厚度大約在0.8mm，使用強(qiáng)度較高的模板材料，無(wú)論在泊松比例方面還是在硬化指數(shù)方面，其值都比較高。工作人員還需要給予工件毛坯高度重視，通常情況下所使用的工件毛坯需要展開(kāi)有限元離散化處理工作，劃分網(wǎng)格單元，用BT殼單元綜合計(jì)算單元模型的精度與效率；在材料模型方面使用三參數(shù)Barlet模型，并且對(duì)各向異性給回單帶來(lái)的影響進(jìn)行全面了解，為參數(shù)確定奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在對(duì)工件展開(kāi)分析的過(guò)程中，不需要將工件的整體取來(lái)進(jìn)行分析，而是取一半工件進(jìn)行分析即可，這樣一來(lái)不僅能夠有效的降低計(jì)算工作量，還能夠提升工作效率[3]，這與陽(yáng)湘安，許曉安在《基于回彈控制的車頂蓋成形工藝優(yōu)化》一文中有著極為相似的觀點(diǎn)。另外，在設(shè)計(jì)中也應(yīng)用了等效拉延筋思想建立起了拉延筋模型，該模型具有分段建立的特點(diǎn)。

其次，對(duì)于拉延工藝而言，通常需要將一些主要工件成形的缺陷作為基礎(chǔ)，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)目標(biāo)函數(shù)的方式，確定設(shè)計(jì)尺寸與深淺度。針對(duì)那些尺寸大、深度較淺的車頂蓋內(nèi)所使用的加強(qiáng)板存在的最大缺陷問(wèn)題便是回彈，所以工作人員在變壓邊的過(guò)程中，為了避免局部材料出現(xiàn)流動(dòng)問(wèn)題，可以利用設(shè)置拉延筋的方式固定局部材料，本文設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際狀況設(shè)置了3段拉延筋，如圖一所示，該圖為拉延筋位置設(shè)置圖，從圖中可見(jiàn)，拉筋1與拉筋3具有對(duì)稱性，因此可合為一個(gè)獨(dú)立設(shè)計(jì)變量，可將其拉延筋力系數(shù)定位Kd1，將拉延筋2系數(shù)定位Kd2。

將變壓邊中的壓邊力與壓邊時(shí)刻作為其他設(shè)計(jì)變量，將約束條件設(shè)為最大增厚率，同時(shí)也為最小減薄率，其目的在于避免出現(xiàn)起皺與開(kāi)裂等問(wèn)題，影響最終設(shè)計(jì)效果。針對(duì)6個(gè)變量中的二階幾何響應(yīng)面，試驗(yàn)次數(shù)至少要保證在10次以上，本文研究中安排了大約36次的試驗(yàn)，同時(shí)利用最小二乘法計(jì)算方式將響應(yīng)面系數(shù)求出，但是響應(yīng)面的系數(shù)卻比較多，不利于觀察等工作的實(shí)施，因此工作人員應(yīng)用了序列替代法將其中影響比較小的參數(shù)剔除，僅僅保留了影響較大的14項(xiàng)響應(yīng)面系數(shù)，這為后續(xù)工作提供了極大的方便。

3 總結(jié)

回彈是汽車覆蓋形成中存在的最為主要的缺陷之一，回彈問(wèn)題的存在會(huì)降低汽車覆蓋尺寸計(jì)算的精度等等，因此解決這一缺陷問(wèn)題成為相關(guān)設(shè)計(jì)人員的重要工作。本文主要針對(duì)回彈控制的板料成形工藝優(yōu)化方案設(shè)計(jì)展開(kāi)分析，對(duì)板料以及回彈控制多目標(biāo)優(yōu)化進(jìn)行深入研究，旨在提升相應(yīng)參數(shù)計(jì)算精度與準(zhǔn)確性，避免汽車覆蓋形成出現(xiàn)回彈缺陷問(wèn)題，提升汽車覆蓋的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]陽(yáng)湘安，阮鋒，周馳等.基于回彈控制的板料成形工藝多目標(biāo)優(yōu)化[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，38（12）：7-13.

[2]陽(yáng)湘安，阮鋒，許曉安等.板料回彈控制的成形工藝面多目標(biāo)優(yōu)化[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，34（03）：223-227.

[3]陽(yáng)湘安，許曉安.基于回彈控制的車頂蓋成形工藝優(yōu)化[J].鍛壓技術(shù)，2011，36（03）：144-147.

作者簡(jiǎn)介：王洪芬（1980-），女，吉林德惠人 ，碩士研究生，講師，研究方向：機(jī)械制造。