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飞机整体结构件的“加工变形-疲劳寿命”多目标结构优化方法 被引量：7
1
作者 秦国华 郭翊翔 +2 位作者 王华敏 侯源君 娄维达 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第8期222-236,共15页
在毛坯制造过程中,材料力学性能的非均匀性导致铝合金厚板内产生残余应力,以致在后续的高速切削加工过程中,随着材料的大量去除,残余应力的释放使得整体结构件发生变形,严重影响着整体结构件的尺寸稳定性。因此,研究零件结构与零件变形... 在毛坯制造过程中,材料力学性能的非均匀性导致铝合金厚板内产生残余应力,以致在后续的高速切削加工过程中,随着材料的大量去除,残余应力的释放使得整体结构件发生变形,严重影响着整体结构件的尺寸稳定性。因此,研究零件结构与零件变形之间的关系对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。首先,将铝厚板内残余应力的释放合理地等效为外载荷的施加,利用材料力学弯曲变形公式建立铝厚板在厚度方向上加工变形的挠度模型。由实际加工测量可知:加工变形的公式解析值、有限元仿真值与实际测量值吻合得很好。为了进一步分析零件结构与疲劳寿命之间的关系,通过名义应力法对零件的最小疲劳寿命与疲劳载荷下零件的最大应力进行等效以简化分析,对部分具有代表性的结构进行静力分析后将其作为样本进行神经网络拟合,得到了以3个腹板位置为输入、零件最大加工变形及最大疲劳应力为输出的神经网络模型。最后利用神经网络模型构建了一个使得最大加工变形和最大疲劳应力都尽可能小的多目标优化问题,使用遗传算法求解该多目标问题后取得的最优解为:3个腹板与零件底部距离分别为8.868 mm、27.992 mm、28.000 mm,此时零件的最大加工变形为0.088 mm,最小的随机疲劳载荷寿命为4.432×10^(7)次。 展开更多
关键词 初始残余应力 加工变形 疲劳分析 名义应力法 航空整体结构件 多目标结构优化
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基于过程阻尼和结构模态耦合的铣削稳定性分析与实验验证 被引量：7
2
作者 秦国华 娄维达 +2 位作者 吴竹溪 石泰 吴铁军 《中国科学：技术科学》 EI CSCD 北大核心 2020年第9期1211-1225,共15页
在铣削加工过程中,由再生效应引起的颤振严重影响零件表面的加工质量,降低生产效率.合理分析铣削过程中颤振的产生机理和影响因素,获得稳定加工条件下最合适的加工参数,是实现加工过程的高效化和精密化的核心环节和基础.通过等效地简化&... 在铣削加工过程中,由再生效应引起的颤振严重影响零件表面的加工质量,降低生产效率.合理分析铣削过程中颤振的产生机理和影响因素,获得稳定加工条件下最合适的加工参数,是实现加工过程的高效化和精密化的核心环节和基础.通过等效地简化"零件-刀具"系统为两自由度弹簧阻尼系统,将刀具和零件的接触过程转化为物理模型,建立了多因素耦合的铣削动力学模型.其次,通过全离散法将铣削动力学模型的求解等效地转化为传递函数矩阵特征值的求解,确定了所有特征值的模小于1为加工稳定性的判据.最后,通过准确标定和辨识铣削力参数和模态参数,揭示并实验验证了铣削稳定性的径向浸入比与螺旋角效应、过程阻尼效应和铣刀结构模态的耦合效应,认为在小径向切深下,螺旋角效应较为明显,当径向浸入比逐渐增大,螺旋角效应逐渐减小;在低转速时,过程阻尼效应作用明显,与只考虑再生效应相比,能获得更大的稳定域,随着转速增加,过程阻尼效应作用逐渐减小,考虑过程阻尼所获得的稳定域与只考虑再生效应获得的稳定域趋于重合. 展开更多
关键词 颤振 稳定性叶瓣图 过程阻尼 模态耦合效应 螺旋角 径向浸入比
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基于Cotes求积法和神经网络的稳定域判断及铣削参数优化新方法
3
作者 秦国华 娄维达 +1 位作者 林锋 徐勇 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期516-526,共11页
再生效应引起的铣削颤振,是制约加工效率和工件质量的主要因素之一。准确高效地识别铣削颤振的稳定域,是抑制颤振、提高生产效率的关键步骤。为此,根据铣削振动微分方程,利用柯特斯积分法(Cotes Integration Method,CIM)提出一种新的铣... 再生效应引起的铣削颤振,是制约加工效率和工件质量的主要因素之一。准确高效地识别铣削颤振的稳定域,是抑制颤振、提高生产效率的关键步骤。为此,根据铣削振动微分方程,利用柯特斯积分法(Cotes Integration Method,CIM)提出一种新的铣削稳定域预测方法。利用CIM获得主轴转速-轴向切深平面二维稳定性叶瓣图(Stability Lobe Diagram,SLD),与半离散法(Semi-discretization Method,SDM)和全离散法(Full-discretization Method,FDM)等方法进行比较,结果表明CIM的收敛性更优。考虑径向切深的影响,建立三维SLD的迭代计算方法,通过等效地离散三维SLD曲面为节点集合,随机以90%的节点作为训练集,构建轴向切深与主轴转速、径向切深之间的神经网络预测模型。10%验证集的预测结果表明神经网络的预测误差不超过6%。以材料去除率为效率目标,刀具寿命为成本目标,建立稳定铣削多目标优化模型并应用基于分解的多目标进化算法(Multiobjective Evolutionary Algorithm Based on Decomposition,MOEA/D)求解,为获得高效率、低成本的最优铣削参数提供基础理论和技术支撑。 展开更多
关键词 铣削 颤振 Cotes积分 神经网络 遗传算法
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基于伯努利分布与混合驱动模型的铣削稳定性高精判断方法
4
作者 谭志朴 秦国华 +1 位作者 娄维达 吴竹溪 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期318-331,共14页
铣削颤振严重影响工件表面质量和生产效率,准确识别铣削稳定域对于抑制颤振、提高生产效率具有非常重要的意义。目前一般依据状态转移矩阵特征值的谱半径小于1,来判断铣削系统的稳定性。由于在铣削和锤击实验的不确定性,铣削系统的属性... 铣削颤振严重影响工件表面质量和生产效率,准确识别铣削稳定域对于抑制颤振、提高生产效率具有非常重要的意义。目前一般依据状态转移矩阵特征值的谱半径小于1,来判断铣削系统的稳定性。由于在铣削和锤击实验的不确定性,铣削系统的属性参数势必存在误差,极大地影响稳定性的判断结果。为此通过研究铣削过程颤振稳定性的概率特性,建立属性参数优化的SLD(稳定性叶瓣图)修正方法。首先利用Cotes积分法和Floquet理论,建立铣削稳定性的判断模型。其次利用伯努利分布概率函数等效描述稳定性判断模型,根据稳定性判断结果的伯努利分布规律提出属性参数的修正函数。最后提出基于神经网络的黄金分割法和遗传算法的属性参数优化方法,实验结果表明,提出的方法对单个叶瓣的稳定性判断准确率由69.77%提高到93.02%,整个SLD的准确率可由73.73%提升至87.29%。 展开更多
关键词 颤振 Cotes积分 稳定性叶瓣图 伯努利分布 数据驱动法 优化
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基于复化Cotes积分和神经网络的稳定铣削工艺参数多目标优化方法
5
作者 娄维达 秦国华 +1 位作者 王华敏 吴竹溪 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第17期279-290,共12页
铣削过程再生颤振严重影响工件表面质量和生产效率,准确高效地识别铣削颤振稳定域并合理选择工艺参数是抑制颤振、提高生产效率的关键步骤。当前对考虑稳定性约束下的多目标铣削工艺参数优化研究仍然缺乏系统且完整的解决方案。为此,基... 铣削过程再生颤振严重影响工件表面质量和生产效率,准确高效地识别铣削颤振稳定域并合理选择工艺参数是抑制颤振、提高生产效率的关键步骤。当前对考虑稳定性约束下的多目标铣削工艺参数优化研究仍然缺乏系统且完整的解决方案。为此,基于复化Cotes积分和神经网络并结合NSGA-Ⅱ遗传算法建立一种稳定铣削工艺参数多目标优化方法。其中基于复化Cotes积分法提出了一种新的铣削稳定域预测方法来获得二维稳定性叶瓣图(Stability lobe diagram,SLD),收敛性分析表明新方法具有更快的收敛速度。考虑径向切深不确定性得到由离散三维SLD曲面构建的铣削稳定域神经网络预测模型。最后,分别以材料去除率、刀具寿命作为效率、成本目标,采用NSGA-Ⅱ遗传算法建立稳定铣削工艺参数的优化模型。与经验方法对比显示,优化后的铣削方案可以提高8.4%的材料去除率和16.3%的刀具寿命。结果表明不仅可以通过更加准确地判断铣削稳定性来保证加工质量,而且能够为高效率低成本的铣削确定工艺参数提供科学理论指导。 展开更多
关键词 铣削颤振 多目标参数优化 叶瓣图 神经网络 遗传算法
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基于工件振动和刀具结构的周铣表面形貌分析与预测
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作者 刘扬 秦国华 +2 位作者 吴竹溪 娄维达 赖晓春 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2132-2146,共15页
在铣削加工过程中,受铣削振动等因素的影响,已加工表面的不同位置会存在结构上的差异,严重影响已加工表面的加工质量。研究加工表面形貌的铣削成形方法对预测表面粗糙度和选取合理的加工参数具有重要意义。通过将“工件-夹具”接触模型... 在铣削加工过程中,受铣削振动等因素的影响,已加工表面的不同位置会存在结构上的差异,严重影响已加工表面的加工质量。研究加工表面形貌的铣削成形方法对预测表面粗糙度和选取合理的加工参数具有重要意义。通过将“工件-夹具”接触模型合理地等效为线性“弹簧-阻尼”系统,利用能量法推导出工件在铣削过程中的振动微分方程。利用坐标转化法,提出有约束振动微分方程的模态分析与解耦方法,实现工件位置偏离的解算与预测。通过研究刀具接触点的判断方法,建立周铣过程中切削刃的运动轨迹方程,进一步结合工件的位置偏离提出工件表面形貌的表面形貌离散算法。利用铣削实验直接或间接地验证工件周铣形貌离散算法的有效性,结果表明:不考虑装夹振动的铣削表面粗糙度最大误差为7.56%,相比于不考虑装夹振动,考虑装夹振动的接触力和表面粗糙度的计算精度分别提高了3%和4.72%(逆铣)/3.00%(顺铣)。 展开更多
关键词 铣削加工 工件位置偏移 铣削振动 表面形貌
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