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基于响应面法的双层波纹管液压胀形工艺参数优化

崔磊  
【摘要】:金属波纹管作为弹性元件,主要用于制造补偿器、柔性连接件、换热器等,广泛应用在航空航天、电力仪表、石油化工、汽车船舶等行业,特别是双层波纹管与单层相比具有较大的补偿能力与强度,能够承受更高的压力,疲劳寿命更高,因而应用更加广泛,具有明确的研究意义。波纹管液压胀形过程需要严格的控制相关工艺参数,从而得到满足成形标准的制件,此外,由于生产过程导致的原材料组织均匀性、晶粒度存在差异,因此材料的力学性能存在波动,如何在考虑材料性能波动下对波纹管成形过程工艺参数进行优化,获得质量高、稳健性好的产品,是需要解决的关键问题。本文通过建立双层316L/Inconel625波纹管液压胀形过程有限元模型,对波纹管胀形过程进行仿真分析,并利用响应面法进行了工艺参数优化。将波纹管成形后的最大壁厚减薄率和波高作为优化目标,将模片间距、内压力、摩擦系数作为优化变量,并建立了优化目标与优化变量间的二阶响应面模型,进一步采用多目标优化从而获得了最优工艺参数组合,当模片间距在24.5~27.1mm,摩擦系数在0.1~0.5,内压力在9~10.53MPa范围内变化时能同时满足波高和最大壁厚减薄率优化条件。并在优化的参数区间内选用内压力10MPa、模片间距26.3mm、摩擦系数0.1,进行波纹管液压胀形实验,得到了满意的制件。为进一步考虑材料参数波动的影响,获得对噪声因素不敏感的稳健性制件,根据稳健性优化设计思想,采用田口正交表设计试验,以综合质量损失为优化目标,建立了综合质量损失与各设计变量的关系式,并利用遗传算法对目标函数进行迭代求解,得到了稳健性的工艺组合,结果表明采用稳健设计后,制件的成形精度更高,优化效果好于非稳健性优化设计。经过整个过程的研究,本文提出了包含数值模拟和试验优化的一整套分析方法,能够解决波纹管液压胀形的多目标稳健性优化设计问题,为减小双层波纹管液压胀形过程中缺陷的产生,提高波纹管成形质量提供了依据。


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