一家专注流体压力成形技术
【作 者】刘岳峰;马新武;赵昌德;王广春;赵国群
在锻造生产中,很难对形状复杂的锻件进行直接成形,通常在终锻之前需要进行一次或者多次预成形。众所周知,终锻模型腔是基于热锻件进行设计,其形状固定不变,因此,为了获得形状和性能合格的终锻件,预成形设计就变得至关重要。随着计算机技术的发展, 国内外学者提出了各种基于数值模拟的预成形设计方法[1-5],例如,电场模拟法、反向模拟法和正向模拟法等, 这些方法存在人工处理过多和设计效率低等问题。预成形优化设计方法便是为解决预成形设计方法的不足而发展起来的一种预成形自动设计方法[6-10],其基本特点是将几何设计问题转化为数学上的寻优问题。翟江波[11]采用基于Kriging方程的遗传算法,优化设计了双性能盘的预成形形状;杨艳慧等[12]以坯料完全充满型腔和变形均匀性为目标,建立了有限元数值模拟与响应面法相结合的二阶分析模型, 对航空发动机涡轮盘锻件进行了预成形优化设计。
目前,在基于拓扑优化的预成形设计中,单元增删准则仅根据模拟结果确定预成形中对哪些单元进行删除,在哪些位置增加单元,而缺少对预成形整体形状的控制。本文将形状控制因子加入单元增删准则中,提出了一种基于充填性、变形均匀性以及形状控制的多目标增删准则。基于新的单元增删准则,开发预成形拓扑优化程序,并对H形锻件进行了预成形优化设计,以验证所提增删准则的可行性。
【结 论】
(1)将形状控制加入了单元增删准则中,提出了一种基于充填性、 变形均匀性以及形状控制的增删准则。 新的增删准则可以控制预成形形状的演化方向, 可以有效控制预成形形状的复杂程度。
(2)详细给出了基于拓扑优化的预成形设计实现步骤和方法, 包括单元场量追踪和传递, 单元增删过程及边界节点拟合等。
(3)对H形锻件预成形进行了优化设计, 优化后的预成形形状在锻造过程中能完全充满型腔, 且飞边较小, 同时锻件的变形均匀性得到了明显改善。此外, 优化后的预成形形状具有与终锻件相似的外形, 与未控制形状的优化结果相比, 形状复杂度适中, 验证了本文开发的基于充填性、 应变均匀性以及形状控制的预成形形状拓扑优化算法的有效性和可行性。
以下是正文：
