三向应力管材试验机控制研究

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1、硕士学位论文三向应力管材试验机控制研究RESEARCHONCONTROLOFTHREE-DIMENSIONALSTRESSTUBETESTINGMACHINE张德吉哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP271.31学校代码：10213国际图书分类号：621.22密级：公开工学硕士学位论文三向应力管材试验机控制研究硕士研究生：张德吉导师：曹健申请学位：工学硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP271.31U.D.C:621.22DissertationfortheMasterDegree

2、inEngineeringRESEARCHONCONTROLOFTHREE-DIMENSIONALSTRESSTUBETESTINGMACHINECandidate：ZhangDejiSupervisor：AssociateProfessorCaoJianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Insti

3、tution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要探索材料在复杂应力状态下的屈服行为，对材料的成形过程预测和缺陷分析具有十分重要的指导意义。如内高压成形工艺中管件受轴向压应力及环向拉应力作用，一个准确的屈服准则做指导，可大大降低废品率。为了对管材屈服行为的研究，本课题中采用电液伺服系统，按照轴向应力、环向应力和径向应力成一定关系加载，实现对厚壁管材屈服行为的研究。根据加载要求，设计三向应力加载试验机构，实现管材轴向压力以及内外壁表面均布压力的加载，可以针对铝合金、不锈钢等不同材料的管材进行屈服行为的研究，对于不同尺寸的管材加载，使用不同尺寸的模具。推导初始加

4、载阶段管材中间位置的三向应力（轴向应力、环向应力、径向应力）求解公式，通过有限元分析软件ABAQUS预测管材在不同加载条件下塑性变形阶段的变形趋势，根据变形的不同推导修正公式，在实验过程中通过这些公式保证各方向应力之间的比例关系。对试验机的物理模型进行数学建模，得到系统的传递函数模型。使用Simulink以及AMESim两种软件进行仿真分析，分别通过频域和时域的角度分析系统的性能。设计两种控制器，其中PID为传统算法，神经网络算法为智能算法，根据调试后的控制效果应用一种控制器于实际试验中。根据系统需求，设计控制系统硬件。采用C++Builder软件编写控制系统程序，实现数据的实时采集

5、、应力的实时计算监测，以及对三个伺服阀的控制等工作，对控制系统界面进行优化处理，改善配色方案，保证该系统易学易用。最后搭建实验平台，完成调试工作，解决实验中遇到的各种问题，最终完成一个稳定的、方便实用的三向应力加载试验机。关键词：三向应力；复合加载；屈服准则；厚壁管；神经网络控制-I-AbstractAbstractExploringyieldbehaviorofthematerialinacomplexstressstate,whichmakeanimportantguidanceforthepredictionoftheformingprocessanddefectanalysi

6、softhematerial.Forexample,thetubeisloadedundercompressivestressinaxialdirectionandtensilestressinringdirectioninhydroformingprocess.Inordertoachievemultiplecomplexstressloadingtest,theauthoradoptedelectro-hydraulicservosystem,achievedthepurposeofloadingthetubeinaxialstress,hoopstressandradialst

7、resstoacertainrelationship,achievedthethick-walledtubeyieldbehaviorresearch.Thispaperpresentedathree-dimensionalstressloadingscheme，anddesignathree-dimensionalstresstestingmachineanditscontrolsystem.Itcanbeusedforaluminum,stainles