冲压连接工艺力学性能优化理论及其自适应优化系统研究

作     者：肖贵乾 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王梦寒

授予年度：2018年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：冲压连接 遗传算法 贝塞尔曲线 多学科联合优化 自适应优化 

摘      要：随着轻量化设计的提出,越来越多轻质材料被广泛使用,这类材料通常难于焊接,但是依靠材料自身塑性并结合适当的冲压连接工艺可形成牢固的机械连接接头。当前冲压连接工艺迫切需要解决的问题是接头力学性能的优化问题,冲压连接接头力学性能优化的实质是寻找一组合理的模具参数使得接头强度最大,由于参数之间的组合较为复杂,并且存在交互作用,工艺优化问题一直未能很好解决。因此,提出一套具有普适性的优化理论和开发一套自适应优化系统具有十分深远的意义。为了实现这一目标,论文以多种冲压连接工艺为研究对象,结合理论力学、数值仿真、智能优化以及多学科软件协同仿真技术开展如下工作:(1)根据理论力学导出各类接头的横向、纵向强度计算公式,并分析公式的规律,建立冲压连接工艺接头强度得优化模型。此外,为了获得接头特征参数,论文建立了接头特征参数自动提取算法。(2)利用遗传算法求解优化模型。采用实时、动态、多学科软件协同仿真的策略构建设计指标与设计变量之间的响应关系(适应度计算),舍弃实验设计与响应面回归获得响应关系的方法,保障了精度。为方便使用开发了GUI界面,通过GUI可视化操作很容易实现自动寻优过程。(3)板厚度为0.8mm-0.8mm、0.8mm-1.2mm、1.2mm-0.8mm、1.2mm-1.2mm的板料被用于研究多种冲压连接工艺优化过程,得到如下规律:1)对于传统无铆工艺,凹模凹槽的存在使连接接头力学性能更优,并且最优凹模凹槽轮廓应当与板料轮廓接触。基于贝塞尔曲线的四种初始形状优化结果表明,传统无铆工艺的凹模右下角凹槽形状应该为圆弧形。在实际使用中若对接头强度没有极高要求则凹槽可不与板料轮廓接触从而简化凹模结构。2)对比不同工艺的不同板厚组合的接头强度演变曲线可知,在一定范围内板厚之和越大接头强度越高,板厚之和相等时,传统无铆工艺上板厚度越大接头强度越高,平底带孔无铆工艺上板厚度越小接头强度越高,平底无铆工艺对上下板厚的分布不敏感。3)优化结果表明,自适应优化系统具有优良的性能和很大程度的智能,系统能根据适者生存、优胜劣汰的规则进化连接工艺,最终获得全局最优连接工艺和接头形状。