基于响应曲面的时效成形材料参数修正

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1、学术论文RESEARCH基于响应曲面的时效成形材料参数修正MaterialParameterModificationforAgeFormingSimulationBasedonResponseSurfaceModel西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室熊威甘忠中航工业成都飞机工业(集团)有限责任公司制造工程部许旭东[摘要】为了提高时效成形中回弹现象的有限元仿真精度，使用均匀试验设计结合响应曲面设计的方法，建立了仿真误差对于材料参数的响应函数，求解出材料参数的修正解。以此法得到的仿真结果与试验结果相吻合。关键词：时效成形材料参数修正响应曲面有限元分析IABSTRA

2、CTlAmodifiedsolutionofmaterialpa-rametersisobtainedbysolvingsimulationerrorresponsefunctionformaterialparameters，whichisestablishedbyresponsesurfacemethodscombinedwithuniformdesign，inordertoimprovefiniteelementanalysispreciseforspringbackincreepageforming．Thesimulationresultswiththemodified

3、solutionareinaccordwithexperimenmlresults．Keywords：AgeformingMaterialparametermodificationResponsesurfacemodelFiniteelementanalysis时效成形技术是一种利用材料的蠕变特性，同时进行零件成形和时效处理的成形方法，主要适用于成形带有整体加强筋、变厚度的大型飞机整体擘板或者大型运载火箭壁板。由于受到材料时效处理制度的限制，时效成形的回弹量远大于通常钣金成形的回弹量。因而，回弹计算是时效成形的关键技术之一⋯。目前，确定零件时效成形后回弹量的主要方法是有限元仿

4、真，但是由于受到各种误差因素的影响，不易得到良好的效果，通常解决的方法是修改材料参数，从而使仿真结果和试验结果吻合，例如成武冬等【21通过修正蠕变方程的参数得到了较为精确的仿真结果，但是并没有说明具体的修正过程。本课题使用均匀设计方法设计计算机仿真试验，使用ABAQUS作为仿真工具，通过有限次有限元仿真获得数据；使用二次同归的方法建立材料参数以及仿真精度的响应曲面，最终通过求解响应曲面得到材料参数的80航空制造技术·2011年第19期满意修正解。1材料参数修正原理假设有限元模型中除了材料参数以外，其他因素引起的分析误差都是微小的，设有限元模型中待定的材料参数为[B】，使用该有

5、限元模型对一个实际的成形过程进行仿真，得到成形后的零件外形。如果仿真结果和实际试验结果足够接近，就说明材料参数可以较为准确地描述材料的变形行为【3】。由此构造一个误差函数，希望能够求得函数的零点或者极小值点，最终以该点函数自变量的值作为【B】的修正值。时效成形的有限元仿真模型可以看作是一个以材料参数为输入，仿真误差为输出的系统。由于系统比较复杂，不易推导材料参数和仿真误差的解析表达式，因此修正材料参数需要研究偏差Q和旧】之问的定量关系，其中，一个合适的做法是通过适当的计算机仿真试验，结合响应曲面设计，近似构造一个具有简单表达形式的近似模型，并且对受多个变量影响的响应进行分析，

6、最终达到优化响应值的目的。在常用的响应面方法中，以二阶响应面模型应用最为广泛141。2有限元模型的建立2．1时效成形工艺过程典型的时效成形工艺过程分为3个阶段15l：(1)加载。通过热压罐加载使金属零件产生弹性变形，以便和具有一定型面的工装贴合。(2)时效。保持零件和工装型面的贴合状态不变，在零件材料的人工时效温度内保温一段时间，在时效过程中施加到零件上的部分弹性变形在蠕变的作用下转变为永久蜗性变形。(3)卸载。保温结束后，去除零件的外加约束，零件发生自由回弹(回弹量可以达到70％)。本课题考虑的时效成形试件为T型梁试件，试件长500mm，时效成形的工艺参数如图1所示，升温加

7、压同时进行，经过5h的时效后，试件跟随热压罐降温降压。REs队RcH学术论文嚣磬惫一驯厉簟蕊撇藩够．．．1．．．』．．一．一一一一．．一一』一一一一＼∑一1．由，2．2材料模型的选取时效成形过程包含了弹性变形、塑性变形和由蠕变导致的应力松弛现象，因而针对三者分别定义了响应的材料属性。时效成形的加载一般是在弹性范围内，但是对具有较高加强筋的壁板进行加载，局部材料会发生塑性变形，因此可以认为时效成形的加载变形是弹塑性的，采用线性强化模型可以表示为：矿={雾圳s叫麓，㈩式中，E是杨氏模量，Ⅳ是硬化系数，驴。、