【摘 要】
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作为挤压铸造设备的关键机构,压射机构的可靠运行将直接影响设备的服役性能和产品质量。在压射机构运行过程中,不断承受周期性变化的热-机械载荷作用,由此造成压室和冲头的配合间隙不断发生变化,配合间隙过大或过小都会影响其正常运行,同时对其运行寿命也会产生不利影响。本文通过利用多可信度Co-Kriging模型来实现实验和模拟数据的整合,以改进目前仅借助数值模拟开展的相关研究,进一步提升对压射机构动态配合分析
【基金项目】
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国家自然科学基金——基于Bayesian Kriging模型的压射机构稳健优化设计基础研究(51875209)、数据驱动的挤压铸造工艺参数快速设计方法基础研究(51965006); 广东省自然科学基金——压射机构变形规律与动态配合数值模拟及不确定性分析(2017A030313320);
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作为挤压铸造设备的关键机构,压射机构的可靠运行将直接影响设备的服役性能和产品质量。在压射机构运行过程中,不断承受周期性变化的热-机械载荷作用,由此造成压室和冲头的配合间隙不断发生变化,配合间隙过大或过小都会影响其正常运行,同时对其运行寿命也会产生不利影响。本文通过利用多可信度Co-Kriging模型来实现实验和模拟数据的整合,以改进目前仅借助数值模拟开展的相关研究,进一步提升对压射机构动态配合分析和疲劳寿命预测的精度与可靠性。研制了200mm压室内径的压射机构实验装置,开展压射循环实验,以获取实验温度和变形数据;建立了考虑摩擦作用的实验装置的有限元分析模型,并将实验和模拟数据对比,验证模拟结果的准确性。由于数值模拟基于理想化假设,难免与真实情况存在较大差别。因此利用多可信度Co-Kriging模型将模拟数据和更符合真实情况的实验数据结合起来,建立起一个可以更准确预测全局温度和变形的代理模型,改善仅利用模拟结果可靠性相对较差的不足。基于对压射机构径向变形和温度的准确预测,进一步开展了针对实验装置的动态配合间隙的分析和基于修正的Manson-Coffin方程的疲劳寿命预测工作。将多可信度Co-Kriging模型的预测结果与模拟结果和仅利用实验值的普通Kriging模型预测结果进行对比分析,对动态配合间隙的对比分析表明,Co-Kriging模型预测结果更能捕捉到配合间隙的最小值,结果更有参考价值;对疲劳寿命的预测结果对比分析表明,Co-Kriging模型的预测结果更符合生产实际,更具可信度。最后,开展了2500k N挤压铸造机多周期压铸循环实验和数值模拟,得到压射机构的实验和模拟数据;将上述基于多可信度Co-Kriging模型的压射机构配合间隙分析和疲劳寿命预测方法最终应用到2500k N挤压铸造机压射机构上,以进一步检验所提方法的有效性与实际应用价值。同样,与模拟结果和普通Kriging模型预测结果进行对比,对比结果表明,Co-Kriging模型预测的配合间隙更接近真实情况,预测的疲劳寿命结果更合理,与商用压室的寿命情况十分接近。
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