[发明专利]基于kriging模型的内高压成形工艺优化设计方法

说明书

本发明公开了一种基于kriging模型的内高压成形工艺优化设计方法，包括以下步骤：（1）通过建模软件，建立内高压成形模具、毛坯以及工具的三维几何模型；（2）通过ETA‑Dynaform有限元分析软件建立内高压成形的有限元仿真模型；（3）建立Kriging模型；（4）建立一个多输入多目标的优化数学模型；（5）利用该Kriging模型加快数值计算的效率，求解优化模型，得到最优化的成形参数，提高成形零件的质量。本发明实现了量化分析内高压成形中的多种成形参数对成形零件质量的综合影响，能够很大程度上节省内高压成形模拟仿真需要的时间，进行足够多的优化实验，实现多成形参数‑多优化目标的智能优化。

技术领域

本发明属于成形工艺优化设计领域，涉及基于kriging模型的内高压成形工艺优化设计方法。

背景技术

内高压成形工艺是近年来发展起来的一种先进制造技术，主要用于空心管件的成形，由于其具有很好的柔性成形性，可以成形许多复杂结构的异形截面管件，通常被用于汽车、航天、航空领域。由于这种技术是一种较新的成形方法，因此关于其成形工艺参数设置的经验较少，通常是采用有限元模拟的方式来进行，高艳等就使用分析软件ANSYS对汽车管件的内高压成形，确定了成形的工艺参数(详见文献：高艳.基于Ansys的汽车管件内高压成形有限元仿真.热加工工艺，2019，48(23):123-129)。但是内高压成形的工艺参数较多，对成形效果的影响又呈现出一种复杂的耦合情况，因此对于这种多输入多目标的模型优化需要进行许多组实验。Feng等为了优化T形三通管的成形路径，设置了四因素三水平的响应曲面法(详见文献：Feng Y Y,Zhang H G,Luo Z A,Wu Q L.Loading path optimization ofT tube in hydroforming process using response surface method.TheInternational Journal of Advanced Manufacturing Technology,2019,101:1979-1995.)，为了了解每一个因素的影响方式，获得最优的成形参数，总共需要29组有限元仿真实验。显然大量的使用复杂的数值分析比较费时，在实际的工程问题中设计优化的时间并没有这么充分。Kriging模型是一种代理模型，是一种在分析和优化设计过程中替代那些比较复杂和费时的数值分析的近似数学模型，不仅可以大大提高优化设计效率，而且可降低优化难度。韩忠华对Kriging模型及代理优化算法进行了综述(详见文献：韩忠华.Kriging模型及代理优化算法研究进展.航空学报,2016,37(11):3197-3225.)，指出Kriging模型在模拟验证、可靠性评估和优化设计等方面得到广泛应用，并且在材料成形领域，基于Kriging模型的优化设计有一些新成果(详见文献：Ambrogio G,Ciancio C,Filice L,Gagliardi F.Innovative metamodelling-based process design for manufacturing:an application to Incremental Sheet Forming.International Journal of MaterialForming,2015,10(3):279-286.和文献：陈永亮.基于Kriging代理模型的主轴箱稳健设计.天津大学学报,2011,44(12):1111-1117.)。而在优化方法中，粒子群算法已被广泛运用，张志刚等人提出了求解多目标优化问题的基于粒子群优化算法的双向搜索法，能快速有效地获得多目标优化问题的非劣最优解集(详见文献：赵志刚.求多目标优化问题的粒子群优化算法[J].journal6,2006,45(29):37-40.)。

申请人在前期研究中针对多种内高压成形零件，进行了几何建模、数值模拟、成形机理及成形参数优化的初步探讨，能够通过使用有限元分析方法对内高压成形的工艺参数进行优化。但是上述研究没有解决效率低，耗时长，不利于工程应用的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于kriging模型的内高压成形工艺优化设计方法，主要针对成形工艺参数进行优化，兼顾计算准确性与计算效率。