1、本科毕业论文（20 届）基于 kriging 模型方法的板料成形工艺优化设计所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 基于 kriging 模型方法的板料成形工艺优化设计 1课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解板料成形优化设计等方面的方法及设计思想等内容，为学生在毕业后从事工作打好基础。2主要任务（1）根据已有的板料成形工艺资料，通过工艺分析，并进行优化。 （2
2、）进行板料成形和坯料的设计计算（3）Kriging 方法研究，并构建优化模型进行优化和预测分析3主要参考资料1 张柱国,姚卫星,刘克龙. 基于进化 Kriging 模型的金属加筋板结构布局 优化方法J.南京航空航天大学学报,2008(04):123-128.2 李光耀,王琥,杨旭静,郑刚. 板料冲压成形工艺与模具设计制造中的若干前沿技术J.机械工程学报,2010(10):78-82. 3 张静,李柏林,张卫华,刘永均. 基于 Kriging 模型的改进协同优化算法 J.西南交通大学学报,2010(04):23-27.4进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 板料成型工艺的设计计算，确定优化方
3、案 3 月 3 日 3 月 23 日2 板料成形和拉延筋的分析及坯料的预测 3 月 24 日4 月 13 日3 Kriging 优化建模 4 月 14 日5 月 4 日4 进行优化分析和设计 5 月 5 日6 月 1 日5 完成毕业论文及答辩工作 6 月 2 日 6 月 22 日审核人： 年 月 日I基于 kriging 模型方法的板料成形工艺优化设计摘 要： 板料成形作为当代工业的一种不可或缺的加工方法，用来加工不同的板材零件，对航空航天、国防、汽车等领域做出了巨大贡献。伴随着数值模拟技术的持续进步，对板料成形进行有限元分析，可以节省模具的生产时长和减少生产成本。但是，对于比较复杂的成形件，
4、数值模拟会花费大量的时间，同时在生产过程中，工艺条件、材料性能等波动对成形件的影响不可忽略，它们是成形件的质量的关键因素。所以，在对金属板料成形过程进行优化设计时，板料成形的关键是板料成形质量对于工艺条件、材料性能等参数的波动不敏感。将 kriging 代理模型应用于板料成形优化中，可以缩短板料成形数值模拟的时长，大大提高优化效率。关键词：kriging 代理模型Optimization design of sheet metal forming process based on Kriging modelAs one of the important processing method in
5、 the modern industry, sheet metal forming is used to produce a variety of sheet metal parts and has been widely applied in aerospace,defense, automotive and other fields. With the continuous development of the numerical simulation technology, the cycle of the mold production and product cost can be
6、shortened by using the finite element to analyze the sheet metal forming. However, for the more complex forming parts, numerical simulation takes too much time. At the same time, the quality of the forming parts will be below the standard, affected by the fluctuations of the process conditions and t
7、he material properties in the production process. Therefore, the robust design should be applied for the metal forming process. It will make the forming quality of the sheet be not sensitive to the process conditions, material properties and so on.Kriging surrogate model is applied to optimize the s
8、heet metal forming and it the time of the numerical simulation and enhance the optimization efficiency. II目录1 绪论 .11.1 课题研究背景 .11.2 国内外板料成形优化研究现状 .21.2.1 成型质量指标研究现状 .21.2.2 kriging 模型研究现状 .21.2.3 国内外板料成形 CAE 分析软件 .31.3 板料成形优化过程中存在的难点 .42 板料成形有限元理论及专业 Dynaform 软件 .52.1 引言 .52.2 板料成形有限元的基本介绍 .52.2.1 应
9、变张量 .52.2.2 应力张量 .82.2.3 有限元方程的建立 .102.3 DYNAFORM 软件以及成形参数设置 .112.3.1 DYNAFORM 软件 .112.3.2 DYNAFORM 软件成形参数设置 .112.4 小结 .12.123 Kriging 模型及其应用 .133.1 引言 .133.2 Kriging 代理模型 .133.2.1 Kriging 模型的建立 .133.2.2 基于近似模型的优化设计方法 .153.3 Kriging 模型数学工具箱 .163.4 Kriging 模型在板料拉深成形中的应用 .163.4.1 成形质量准则 .163.4.2 影响成形质
10、量的因素 .183.4.3 Dynafrom 有限元模型仿真 .193.5 小结 .204 基于 Kriging 模型对汽车覆盖件拉伸成形的应用 .214.1 引言 .214.2 影响成形缺陷产生的因素以及预防办法 .214.2.1 影响拉裂产生因素和预防办法 .214.2.2 影响起皱产生的因素和预防办法 .224.3 汽车前盖的 kriging 模型优化 .224.3.1 实际问题描述 .224.3.2 设计变量 .234.3.3 目标函数 .244.4 有限元模型及初始设计与分析 .264.4.1 拉丁方试验设计与近似模型计算 .29III4.5 汽车前盖的优化设计 .304.6 结论
11、.32参考文献 .33致 谢 .3511 绪论1.1 课题研究背景板料的成形工艺是一种加工工艺方法，它是通过模具施加力于板材上使板材发生塑性变形的过程。和传统金属加工方法相比而言，板料的成形加工方法过程具有更加高的加工效率、产品的尺寸精度更高、性能更加稳定，同时也能够达到更加高的材料利用率等优势。特别是在汽车工业的领域当中，如车身的覆盖件，预防板料破裂或起皱以及面畸变等各种各样冲压质量问题的产生可通过调整拉延筋来实现。板材成形过程是一个大的变形，也是非静态力学的一个极为复杂的多体接触问题 1。各个国家的学者经过非常多的理论和实验研究对板料的成形性能、和它在复杂条件下的塑性流动以及成形质量有了深
12、刻得认知，得出了大量经验公式，而且还应用到了实际生产中。但在实际的生产过程中板料的成形过程不仅受到原材料的性能、初始毛胚的形状、冲击压力的方向、压边力、工艺加工的补充面、拉延筋的各种布置和形式以及润滑条件等各种影响，大量的经验公式并不能很准确的预估成形的质量，就会在无形中增加了模具制造和调试的难度和成本，有时候甚至会导致模具的直接报废。所以说，更加准确的预测板料的成形质量才是板料成形过程的关键所在。即使是金属板材成形数值模拟技术可用于模具设计指导和确定工艺参数，但一般得到的是不理想的参数，因此需要通过反复修改模具和工艺的各种参数和有限元分析，以确定理想的参数。关于汽车覆盖件的有限元分析，会因为
13、计算的工作量特别大，从而需要耗费许多的时间。所以说反反复复的进行有限元的分析，就会增加了模具的生产周期，从而降低了工作的效率。通过代理模型可以有效的改变了这一缺点，通过利用代理模型，在少量的板料成形的数值上进行模拟，就可以建立模具尺寸、工艺等各种所需要的尺寸参数相对应的数学模型。有时候甚至数学模型，经过简简单单的简化算法从而求出解答获得更加具有模具尺寸与工艺的各个参数，不仅可以保证精度，而且极大的提高了工作的效率。1.2 国内外板料成形优化研究现状起初的板料成形优化方法可以大致分为两种：太原工业学院毕业设计21.在成形工艺上做文章，可以改进加工工艺或者使用新的成形方法从而提高板料的成形质量。2
14、.和试模法非常相似，很有经验的对工艺参数进行调整，进行用有限元模拟获得相应的成形数据 2。如今，板料成形越来越依靠数值模拟的方法技术，就促进了许多的板料成形优化方法的产生。金属板材成形优化主要包括对变量的优化；对目标的优化； 近似模型和对方法的优化 3。需要优化的变量包括模具的尺寸，例如凹凸模圆角的半径、压边圈的形状、拉延筋的布置方式以及形状等工艺参数。起皱和拉裂是板料成形需要优化的主要目标。近似模型可以用来反映设计变量和响应之间关系，通常情况下指代理模型。1.2.1 成型质量指标研究现状板料成形最大的弊端就是起皱与拉裂，为了能够定性的描述成形质量问题，在板料成形优化过程中，将成形质量转化成具
15、体目标是非常需要的。如何定量的评价成形质量问题，主要有两种方法。根据成形极限图来来判定 4 则是依据韧性断裂准则判定。成形极限图是比较被广泛应用的一种方法，根据成形点到成形极限曲线之间的距离再根据所涉及的公式计算得到起皱与拉裂值。孙光永、李光耀 5等学者将成形极限图中成形点到安全区之间的距离指数为权重的函数定做成形值；赵茂俞、薛克敏等学者 6将成形点和成形裕度曲线的之间距离定义成形值，再运用上模糊数学的层次分析法和灰色系统理论对轮包覆盖件继续进行优化。1.2.2 kriging 模型研究现状代理模型即用真实问题中的响应和自变量之间的关系建立数学模型，再对实际工程问题的合理近似假设，从而可以避免实物实验的大量浪费以及模拟仿真的损耗。板料的成形优化过程中，代理模型已经被大家广泛应用。崔令江、杨玉英等 7学者通过对神经网络代理模型的应用对板料成形进行优化预测；韩飞、莫健华等 8学者分析得出的遗传神经网络预测斜壁方盒件的成形回弹；阳湘安、沅峰等 9学者在车顶盖回弹控制工艺的多目标优化中应用径向基神经网络；张剑、陈文亮等学者在汽车侧围板的冲压成形中应用响应面模型从而对拉延筋进行优化；谢延敏、徐笑梅等
