基于迁移学习的薄壁类零件注塑工艺优化研究
这是一篇关于注塑成型,工艺优化,迁移学习,薄壁件,优化算法的论文, 主要内容为注塑成型作为一个复杂的热流变成型过程,众多因素会影响最终的注塑成型质量,特别是薄壁制件,更容易产生翘曲变形等诸多质量缺陷。有限元(CAE)软件、DOE实验方法、回归代理模型和寻优算法的集成发挥了重要的作用,能够避免大量的无序探索,缩短周期,降低成本,有效地改善塑件质量,使塑料零件的缺陷最小化。但基于原数据代理模型预测新数据时,该方法将失效。由于新产品与原产品之间的结构、材料等不同,导致两者的工艺数据不同,因此原模型无法应用于新产品的工艺优化。对于复杂的薄壁注塑制件,仅采用数值模拟方式并不能有效的降低生产工作量,提高质量。而设备结构、行程、时间和速度响应等物理环境与模拟理想环境设置存在着偏差,造成实际和模拟数据之间也存在巨大“鸿沟”。所以,基于数值模拟数据获得的代理模型无法对实际生产数据进行准确的预测。此外,现有的寻优算法也存在一定的缺陷。如,搜索效率较低、容易“早熟”收敛到局部极值等。基于上述原因,本文针对数据差异和寻优算法的不足,进行了以下研究。(1)针对薄壁注塑件成型机理复杂的问题,本文对此进行了深入的研究。以某轿车的薄壁内饰件为对象,分别研究了保压、温度相关工艺参数以及其交互作用下影响注塑件发生翘曲的机理。通过仿真预分析确定主要因素和工艺参数的范围。然后进行极差分析和方差分析,确定各因素对成型质量的影响,并得到初步的工艺方案。验证机理分析的正确性,并为接下来的数据收集和工艺优化提供理论基础。(2)针对拟合后的源模型应用于新分布数据时,出现灾难性遗忘无法准确预测的问题,本研究中分别采用基于模型(Regular Transfer NN、Finetune)和基于实例(Tr Ada Boost R2)的迁移学习方法,通过积木注塑件的工艺数据集验证这些方法的可行性。试验结果表明,三种方法中,Finetune迁移效果最优,也有更好的稳定性。最后,对Finetune方法进行了详细的研究,对比了保留不同预训练信息的迁移效果,结果表明保留预训练信息的多少应根据源域与目标域的差异大小进行选择。(3)对于寻优算法容易陷入局部极值的问题,本文基于正交设计和粒子群搜索算法的思想,提出了多域正交空间协同演进(MDOSE)算法。通过计算标准函数CEC2017的全局最优极值验证了算法的寻优能力。结果表明,MDOSE对单峰、多峰和混合函数比其他几种传统寻优算法有更好的寻优能力和更快的速度。最后,利用MDOSE对某轿车薄壁内饰件进行工艺优化。结果表明,该零件的Z向翘曲变形量从1.022mm降低到了0.0857mm,优化效果达到了91.6%,具有很好的工艺优化效果。(4)整合上述的这些方法构建一套符合生产制造的工艺推荐系统,使用户轻松的管理工艺案例,输入源域数据、少量目标数据就能拟合出目标模型,并提供符合要求的工艺方案供用户参考使用,节约生产中的试模等成本。最后,以U形薄壁注塑件变形的仿真数据和实际数据,验证该系统的实用性。
典型航天构件焊接及增材制造工艺优化平台研究
这是一篇关于焊接,增材制造,工艺优化,多可信度代理模型,智能仿真优化平台的论文, 主要内容为近年来,随着计算机模拟仿真技术的日趋成熟,研究人员大量使用计算机模拟仿真来代替昂贵的物理试验,大幅提高了产品的性能以及前期试验设计的经济性。但是随着工程的需要,某些大型航天构件的计算仿真时间达到几小时、几天甚至是几周的时间,如果不能满足设计指标要求就需要反复进行试错迭代,难以满足设计制造过程中快速响应、高效高质的制造需求。制造工艺设计的数字化、智能化水平亟待提高。本文围绕焊接与增材制造热加工工艺需求,以复杂航天结构件为应用对象,基于多可信度样本点的自适应代理模型算法,并结合有限元分析软件二次开发,进行热加工工艺仿真平台及优化平台构建,实现增材制造和焊接热加工工艺数据的选择、加工过程仿真分析与迭代优化等多元功能,大幅缩短热加工工艺设计及生产准备周期,提升装备热加工技术的设计效率与制造水平,实现复杂构件的快速低成本研制。本文主要研究内容如下:(1)对焊接与增材制造工艺的传热过程以及热源进行分析,利用有限元仿真软件分别对某机匣的多焊缝激光焊接与某复杂舱段的SLM激光增材制造建立有限元仿真模型,并对其温度场与应力场进行分析,最后对零件的变形进行预测。(2)热加工工艺的多可信度自适应代理模型构建。提出L-H过渡准则,实现在自适应代理模型构建中,使用低精度样本点对未知领域探索,再逐步过渡到高精度样本点对其进行校正。通过对两个算例进行对比分析,验证了L-H过渡准则的探索能力;对比验证了L-H过渡准则能比AMEI算法添加更多的低精度样本点和更少的高精度样本点构建同样精度等级的代理模型,表明了L-H过渡准则在构建多保真度代理模型的适用性。分别对焊接与增材制造两种热加工工艺的工程案例进行分析与代理模型优化,并构建了增材制造熔池质量的约束条件。对于焊接零件,优化后变形减少了38.3%;对于增材制造零件,优化后变形减少了46.37%。结果表明,本文所提出方法能够有效地对焊接和增材制造两种工艺进行工艺参数优化。(3)通过对有限元软件的二次开发,开发了热加工工艺智能仿真优化平台。本平台基于MATLAB开发完成,能实现与数据库对接、完成试验设计、二次开发仿真调用以及工艺参数智能优化等功能。
铸件温度场/应力场仿真与工艺优化设计系统的设计与开发
这是一篇关于铸件,凝固过程,温度场,应力场,仿真,缺陷预测,工艺优化,ANSYS的论文, 主要内容为铸件凝固过程数值模拟是提高铸件质量和铸造生产经济效益的重要方法和途径之一。本论文的主要任务是以有限元分析软件ANSYS作为二次开发平台，通过铸造专业知识、铸件凝固过程数值模拟知识以及计算机应用和开发知识的有机结合，初步开发出面向铸造工程师使用的铸件凝固过程温度场和应力场数值模拟软件，提高分析的效率，并进行缺陷预测与分析和铸造工艺的优化设计工作。 系统采用了三层开发体系层次结构，通过应用软件模块化、参数化设计、层次及网状数据结构及数据库等技术与方法，利用ANSYS的内部开发工具(APDL和UIDL)和外部开发工具(Visual C＋＋和Access)，并采用基于铸造合金和工艺设计知识库的向导式设计方法，以铸造行业中常用的铸铁、铸钢、铸造铝合金、铸造铜合金四类铸造合金为分析材料，主要针对砂型铸造，我们初步完成了铸件温度场／应力场仿真与工艺优化设计系统的设计与开发。 根据铸造工艺及铸件凝固过程数值模拟的特点，本文将系统划分为铸造工艺CAD、铸件凝固过程温度场数值模拟、铸件凝固过程应力场数值模拟和铸件缺陷预测及工艺优化四个模块。各子系统及其模块之间在功能上既相互独立，又相互联系，基本实现了信息集成。 系统涵盖了铸件成形过程数值模拟的主要内容，具有较强的完整性和系统性；面向铸造工程师的开发思路和大量铸造知识的有机融入，大大方便了铸造技术人员的操作和使用，也使系统具有专业化、实用化和用户化的鲜明特点， 这些特点在实际设计与分析过程中得到了验证。
锥阀检测工艺优化及其测试系统设计
这是一篇关于锥阀数学模型,功能规划,工艺优化,多工位协调,检测系统的论文, 主要内容为随着产业进一步升级,工业领域的自动化水平迅速提升。工业领域对阀门的需求量不断增大。锥阀作为阀门的重要门类,广泛应用于新能源生产的流水线中,其质量的稳定性关系到产线的安全和企业效益。针对我国锥阀检测方法粗放导致一致性较差、效率低等问题,本文提出了一种基于PLC的锥阀检测方案。并对其测试工艺进一步优化,以解决某锥阀生产企业在锥阀检测过程中存在的时间长、繁琐和精确度不高等问题。主要研究内容包括以下几个方面:首先,确定锥阀测试的关键参数。本文对锥阀的结构进行剖析,建立锥阀的数学模型,并利用流量特性检测法计算出锥阀测试的关键参数。为了进一步提高测试的准确性,对测试过程中的影响因素进行分析,并通过仿真验证。其次,规划锥阀的测试功能及优化测试工艺。分析企业对测试系统的要求,根据要求和关键测试参数设计与优化锥阀检测设备的测试功能。测试功能包括:真空测试、密封测试、流量测试、开闭测试和多工位调度。并根据锥阀的测试工艺对测试系统进行设计与优化。然后,开发锥阀测试系统。针对硬件设计,根据测试功能和机械手的功能需求,对测试设备的气路进行设计和选型,并根据气路设计所需的I/O接口和AD转换模块对PLC进行选型。在控制程序方面,基于实际工艺流程和硬件系统的要求,对控制系统程序设计的功能进行分析,从而对测试功能模块进行程序开发。针对该系统的控制程序,采用台达ISPSoft3.16软件进行PLC主控程序的设计与开发,并对HMI进行了界面设计。最后,运行与调试锥阀测试系统。并对软硬件的各个功能模块进行实验调试,包括通信调试,阀岛调试及系统运行调试。通过实验证明,该系统表现出高效、精确、可靠等特点。在一小时内,该系统能够完成42个锥阀的检测,相比传统系统提高了3.2倍的检测效率和25.3%的检测精确度,同时具有高度一致性的检测结果。该系统已投产使用,能够满足锥阀快速检测的工艺需求,为企业节省了大量经济支出,同时也为工业绿色发展奠定了基础。
典型航天构件焊接及增材制造工艺优化平台研究
这是一篇关于焊接,增材制造,工艺优化,多可信度代理模型,智能仿真优化平台的论文, 主要内容为近年来,随着计算机模拟仿真技术的日趋成熟,研究人员大量使用计算机模拟仿真来代替昂贵的物理试验,大幅提高了产品的性能以及前期试验设计的经济性。但是随着工程的需要,某些大型航天构件的计算仿真时间达到几小时、几天甚至是几周的时间,如果不能满足设计指标要求就需要反复进行试错迭代,难以满足设计制造过程中快速响应、高效高质的制造需求。制造工艺设计的数字化、智能化水平亟待提高。本文围绕焊接与增材制造热加工工艺需求,以复杂航天结构件为应用对象,基于多可信度样本点的自适应代理模型算法,并结合有限元分析软件二次开发,进行热加工工艺仿真平台及优化平台构建,实现增材制造和焊接热加工工艺数据的选择、加工过程仿真分析与迭代优化等多元功能,大幅缩短热加工工艺设计及生产准备周期,提升装备热加工技术的设计效率与制造水平,实现复杂构件的快速低成本研制。本文主要研究内容如下:(1)对焊接与增材制造工艺的传热过程以及热源进行分析,利用有限元仿真软件分别对某机匣的多焊缝激光焊接与某复杂舱段的SLM激光增材制造建立有限元仿真模型,并对其温度场与应力场进行分析,最后对零件的变形进行预测。(2)热加工工艺的多可信度自适应代理模型构建。提出L-H过渡准则,实现在自适应代理模型构建中,使用低精度样本点对未知领域探索,再逐步过渡到高精度样本点对其进行校正。通过对两个算例进行对比分析,验证了L-H过渡准则的探索能力;对比验证了L-H过渡准则能比AMEI算法添加更多的低精度样本点和更少的高精度样本点构建同样精度等级的代理模型,表明了L-H过渡准则在构建多保真度代理模型的适用性。分别对焊接与增材制造两种热加工工艺的工程案例进行分析与代理模型优化,并构建了增材制造熔池质量的约束条件。对于焊接零件,优化后变形减少了38.3%;对于增材制造零件,优化后变形减少了46.37%。结果表明,本文所提出方法能够有效地对焊接和增材制造两种工艺进行工艺参数优化。(3)通过对有限元软件的二次开发,开发了热加工工艺智能仿真优化平台。本平台基于MATLAB开发完成,能实现与数据库对接、完成试验设计、二次开发仿真调用以及工艺参数智能优化等功能。
基于数值模拟与神经网络技术的发动机吊挂锻造成形工艺设计及优化研究
这是一篇关于发动机吊挂,锻造,数值模拟,工艺优化,BP神经网络的论文, 主要内容为随着飞机装载能力的增强,承受的载荷越来越大,性能也需逐渐提升。吊挂作为连接发动机与飞机机翼的关键承载装置,不仅需要传递动力,而且还要承受飞行过程中发动机产生的载荷,是全机的高温影响区和受力集中区。为了获得具有强度高和可靠性优的吊挂零件,因此需要设计出优良的锻造成形工艺。本文主要内容就是提出并优化吊挂的锻造成形工艺。首先,对吊挂锻件的结构以及成形工艺的难点进行了分析及预测,初步确定制坯、预锻、终锻的整体成形工艺。确定了吊挂锻件的分模面、加工余量、拔模斜度及锻模飞边槽等设计参数,通过CATIA软件设计了吊挂终锻件、预锻件及其相应的热锻模。并对实际生产所需模锻压力进行计算,初步选定液压机设备。其次,针对两种荒坯形状设计了吊挂锻件的工艺流程,对第一种随形设计方案进行模拟,最终出现充填不完整现象,通过调整终锻模具局部飞边高度对其优化,确定两侧飞边为4mm时充填完整,并且飞边分布均匀;随后,对两种工艺方案进行锻造全流程模拟,对比两种方案得到的结果,分析了成形过程、成形载荷、等效应变、成形缺陷以及对终锻模具的影响。并且结合实际工程生产条件确定了方案二更加合理。接着,基于工艺方案二研究了不同工艺参数预锻停止条件、预制坯加热温度、成形速度对吊挂成形的影响。通过对充填效果、成形载荷、等效应变、等效应力以及模具应力进行综合分析。结果表明预锻欠压距离越小,可对坯料进行更合理的分配,使终锻充填更加良好;预制坯加热温度的升高,可以有效降低成形载荷,减小锻件应力使其分布更加均匀;适当的增加成形速度,可以使坯料温度降低更慢,利于成形。最终确定了预锻欠压为2mm、坯料加热温度为980℃、模锻成形速度为10mm/s时,其成形载荷最低,能够得到综合性能优良的吊挂锻件。然后,对终锻成形中模具磨损量进行研究,利用BP神经网络技术构建了终锻各工艺参数(热交换系数、模具温度、摩擦系数)与成形载荷和模具磨损之间的非线性关系。为了减少模拟次数,通过正交实验获得了用以训练网络模型的数据。为使得到的神经网络模型具有较高的精度,分析了不同隐含层神经元数时,模型的均方误差MSE,得到在神经元数为4时,均方误差最低,模型有较高的准确性。通过所构建的网络模型,预测得到最优参数组合,并对预测的结果进行实际模拟验证,模具磨损值相对误差为4.38%;终锻成形载荷相对误差为3.29%,相对误差都低于5%,结果可靠。通过神经网络技术与锻造模拟相结合,有效节省了吊挂开发时间,提升了效率。为后续新产品的开发打下了基础。最后,将设计的工艺及优化后的参数进行工程生产并验证。实际得到的结果与仿真模拟的结果相近。对试料区进行常规理化检测,各项指标均达到标准要求。证实了该工艺方案具有可行性。
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