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生产锻造毛坯中多目标优化的分析研究
- 2020-10-24-

  有学者以锻造毛坯中形状相对简单的单工序锻件为研究对象,以同时获得净形或近净形锻件和变形尽可能均匀的锻件为优化设计目标,对锻造过程开展多目标优化设计方面的研究。以下是详细研究内容:

  一、形状子目标函数:

  对于二维成形问题,由于实际锻件未充满整个模具型腔,所以在锻件上形成了飞边。由体积不变原理可知,飞边部分的大小就可以用于表示锻件型腔的充满情况,越小乃至为0时,说明锻件全充满型腔,即实现了净形锻造。所以,文中就以的大小作为形状优化的目标函数。

  二、总目标函数:

  如前所述,以同时获得净形锻造和变形均匀的锻件为目的,因此以上属于多目标优化的范畴。对于多目标优化,常用的解法是间接解法,也就是设法将原多目标问题转化成一个单目标问题,然后再利用有关算法求解此单目标问题,并将所求得的单目标问题的解作为该多目标优化问题的优解。如何将两个目标转化成一个目标,可以采用求和或乘积的方式。由于文中定义的形状子目标函数和变形均匀性子目标函数都是正数,采用乘积的方式将两个单目标组成总的目标函数。

  三、优化设计变量和优化方法:

  对于轴对称单工序锻造毛坯,毛坯大部分都采用的是圆柱体坯料。圆柱体坯料的形状由圆柱体的高度和直径来确认。按照体积相等原则,毛坯形状的选择就转化为在体积一定的情况下,确认圆柱体的高度或直径,即圆柱体的高径比(高度与直径的比值)。这样,轴对称锻件毛坯形状优化就转化为以圆柱体高径比为单一优化变量的一维搜索问题。

  黄金分割法是一维搜索问题中比较常用的方法,它的基本思路是:先确认一个包含优解的计算区间,并在区间内选定两个试算点,计算这两个试算点的函数值,经比较把包含区间缩小一次,然后在缩小的区间内再找一个新的试算点,将包含的区间再缩小。如此反复进行,直到末后的区间够小,就得到较优解的近似值。

  针对二维锻造成形过程,以理想锻造毛坯高出预定理想直线部分的体积和任一单元的等效应变与整个单元等效应变之差的平方和的乘积,作为优化设计的日标函数,以圆柱体坯料高径比为优化变量,采用黄金分割法对轴对称H形锻件的毛坯高径比的优化设计进行研究。