板料冲压成形中的摩擦与回弹研究——基于分形理论和神经网络的板料冲压成形接触摩擦与回弹研究

摘要

板料冲压成形是汽车、机械、机械电子等制造行业的重要加工方式.在板料冲压成形中,板料与模具的接触摩擦及板料的回弹是密切相关的两个问题,其关键点是摩擦及其状态、屈服条件、受力状态.而摩擦与回弹是进行工艺设计、进行工艺参数确定和模具设计要考虑的关键问题.并且,这些问题又是板料冲压成形工艺设计的难题.因此,本文对板料冲压成形中的接触摩擦和回弹问题进行深入研究.本文从板料冲压成形的接触与摩擦理论分析入手,在此基础上,建立了基于分形数学的板料冲压成形的接触与摩擦力学模型.并将该模型用于板料冲压成形的载荷计算.而后,利用HOMMELWERKE型触针式表面粗糙度轮廓仪对研究对象进行了测试研究,证明了板料具有分形的特征,为验证板料冲压成形的接触摩擦力学模型的正确性奠定了基础.在万能材料试验机上进行了摩擦系数的测试研究,在此基础上,建立了神经网络法预测摩擦系数的方法.在进行完接触与摩擦的研究之后,从板料纯弯曲成形回弹的现有理论分析入手,利用力学理论,推导了实际弯曲回弹的方程式,对拉深成形回弹的进行了分析.由于上述理论解法中存在许多未知数,故作者采用理论解法、模拟法、实验法相结合的研究方法,提出了基于三次样条和神经网络的回弹预测方法.即将成形零件看成由诸多截面构建而成,每个截面简化成一条曲线,诸多曲线构成的曲面即为零件的曲面.每个截面曲线看成样条曲线,由样条卸载后的回弹仿真,加上利用神经网络法预测成形中摩擦、间隙、压边力、凸模圆角半径等影响的修正量来预测每个截面的回弹.则各个截面回弹后的样条曲线构成零件回弹后的形状.进行了接触摩擦状态下和板料冲压状态下材料的屈服条件分析,得出了适用的屈服准则.作者还进行了有限元仿真研究,提出了较厚板料冲压成形有限元仿真的解决方案.经试验验证,可以得出结论:(1)板料具有分形特征;作者建立的接触与摩擦力学模型,并用于板料冲压成形的载荷计算,计算结果,精度比经验公式高.(2)神经网络法预测摩擦系数的方法可行,预测结果可用于实际工程中.(3)基于三次样条和神经网络的回弹预测方法的模拟计算结果能够用于实际工程中,计算速度快.

目录

文摘

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1绪论

1.1板料冲压成形技术及发展

1.2板料冲压成形问题的求解方法

1.2.1论解法

1.2.2模拟法

1.2.3实验研究法

1.3本文的研究内容

2板料冲压成形接触与摩擦的理论研究

2.1无润滑流体时板料冲压成形接触与摩擦理论研究

2.1.1接触面的形态

2.1.2板料的接触面积与变形

2.1.3板料与模具真实接触面积与法向载荷

2.1.4板料与模具结合面的法向力、切向力、真实接触面积

2.2有润滑流体的板料冲压成形接触与摩擦理论研究

2.2.1接触表面间的流体摩擦

2.2.2流体摩擦时板料、模具、流体真实接触面积与载荷

2.2.3边界摩擦时板料与模具真实接触面积与载荷

2.3板料冲压成形中撞击对接触与摩擦影响的理论分析

2.3.1板料中的应力波传播

2.3.2板料冲压成形中的弹塑性撞击

2.4屈服准则

2.4.1屈雷斯加屈服准则

2.4.2密席斯屈服准则

2.4.3应变硬化材料的屈服准则

2.4.4接触摩擦界面的屈服状态分析

2.5本章小结

3板料冲压成形接触与摩擦的试验研究及理论的应用

3.1板料表面的测试研究

3.1.1板料粗糙表面轮廓的测量

3.1.2分形的判定

3.2摩擦系数测试研究

3.2.1测试方法及装置

3.2.2速度对摩擦系数的影响

3.2.3接触正压力对摩擦系数的影响

3.2.4边界条件对摩擦系数影响的分析

3.2.5撞击的影响

3.2.6板料冲压成形时不同变形区的摩擦

3.3成形载荷的测试研究

3.3.1测试方法及装置

3.3.2相对间隙对成形载荷的影响

3.3.3摩擦条件对成形载荷的影响

3.3.4接触压力(压边力)对成形载荷的影响

3.4采用神经网络法预测摩擦系数

3.4.1神经网络技术

3.4.2 MATLAB及其神经网络工具箱

3.4.3径向基函数神经网络

3.4.4试验设计方法

3.4.5摩擦系数预测

3.5拉深成形分析

3.6板料冲压成形的接触模型

3.6.1板料冲压成形的接触状况分析

3.6.2板料弯曲成形冲压力的计算

3.6.3板料拉深成形冲压力的计算

3.7本章小结

4板料冲压成形回弹的理论研究

4.1弯曲成形的经典理论及分析

4.2板料冲压成形回弹的理论分析

4.2.1弯曲变形区的应力与回弹

4.2.2非弯曲变形区的变形与回弹

4.2.3拉深变形区的回弹

4.3板料冲压成形中的屈服条件

4.4本章小结

5板料冲压成形回弹的试验研究及回弹的预测

5.1板料冲压成形回弹的试验研究

5.1.1试验测试系统

5.1.2试验夹具及试件

5.1.3材料特性试验

5.1.4弯曲成形试验

5.1.5拉深成形试验

5.2 DYNAFORM简介

5.3板料冲压成形的有限元仿真

5.3.1弯曲成形回弹的有限元法仿真

5.3.2薄板拉深成形回弹有限元法仿真

5.3.3中厚板拉深成形的有限元仿真

5.4基于三次样条和神经网络的快速回弹预测技术

5.4.1概述

5.4.2三次样条函数

5.4.3回弹预测的三次样条数学模型建立

5.4.4回弹的三次样条数学模型的边界条件及求解

5.4.5正交设计方案及回弹修正量的预测

5.4.6计算实例

5.5本章小结

6总结与展望

6.1主要工作及论文的创新点

6.2今后进一步研究展望

致谢

参考文献

博士在读期间发表的主要论文