金属体积成形有限元分析管理与工艺优化平台

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计算机辅助工程技术是缩短产品研发周期,提高产品性能、可靠性和安全性,降低研发成本的重要手段。CAE仿真平台是计算机辅助工程技术的重要发展方向,它将有效地解决CAE软件作为单一工具使用的应用局面,因此,本文针对金属体积成形有限元分析,着力于开发有限元分析项目流程管理和成形工艺参数优化的集成平台,主要取得了以下成果:首先,为确保平台的实用性和易拓展性,本文针对企业研发的需求,设计了基于C/S模式的CAE仿真平台的总体架构。为实现平台用户信息和访问权限的集中管理,开发了基于关系数据库的平台用户管理程序。为高效、科学、系统地管理平台上运行的所有有限元分析项目,开发了有限元分析项目流程管理程序。其次,为降低以有限元分析为手段的正交试验方法的工作强度,本文以正交试验方法为理论依据,开发了正交试验设计程序。基于DEFORM Text Mode运行模式,实现了多组仿真参数的自动输入,多组CAE仿真分析的自动运行和多组仿真分析结果的自动提取。同时能够运用极差分析方法分析正交试验结果,生成简明的极差分析报告。再次,为准确、快速地获取金属体积成形过程的最优工艺参数组合,开发了金属体积成形工艺参数优化程序。其中,以均匀设计试验方法为基础,开发了样本数据获取程序;以均匀试验结果数据为样本,设计了多元线性回归分析程序和多元多项式回归分析程序。基于传统的模拟退火算法,开发了改进的模拟退火算法程序,以回归方程为优化对象,求解金属体积成形过程的最优工艺参数组合。本文还通过经典算例,对比了本平台回归分析程序与MATLAB的回归分析结果,改进模拟退火算法程序与Isight优化软件的优化结果,验证了程序的准确性。最后,为了验证本平台的实用性和精确性,本文以本平台为工具,设计了AISI1015热反挤压成形正交试验,研究了工艺参数:模具初始硬度、模具预热温度和摩擦系数与上模最大磨损量之间的关系。同时,本文还设计了AISI1015热反挤压成形均匀试验,并以该试验结果数据为样本,拟合了模具初始硬度、模具预热温度和摩擦系数与上模最大磨损量之间的回归方程,并求得了AISI1015热反挤压成形过程使得上模最大磨损量最小的工艺参数组合。同时,通过与MATLAB和Isight优化软件求解结果的对比,进一步验证了平台程序的准确性。综上所述,本文开发的金属体积成形有限元分析管理与工艺优化平台具有良好的实用性和可靠的精确性,是企业研发的重要工具,对后续CAE仿真平台的开发具有重要的参考意义。
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