[发明专利]拉深筋混合优化设计方法

说明书

技术领域：本发明涉及的是一种优化方法，特别是一种拉深筋混合优化设计方法，属于机械类领域。

背景技术：传统的拉深筋设计主要凭经验和类比，通过多次“试冲”和反复调试修正确定方案，结果和过程具有很大的盲目性和偶然性。优化设计方法的出现使该局面有所改观，经文献检索分析，发现日本的T.Ohata提出的一种优化方法：discretizedoptimization method(源于：T.Ohata，E.Nakamachi and etc.Improvement of optimumprocess design system by numerical simulation-discretized optimization method，In：J.C.Gelin and P.Picart，Proceedings of NUMISHEET’99，Besancon-France，1999.9，299-304)，该方法的特点自述为：网格法与单纯形法相混合的一种优化方法，所述的优化方法在可行域上划分较粗的网格，应用网格法获取几个优化点分别作为单纯形法的初始点，然后应用单纯形法寻找相应的局部优化解，再从几个局部优化解中挑选一个最优解。所述的优化方法的特征还在于减少有限元计算的次数。该技术的不足是求解约束优化问题时，所得解可能超出可行域，对有些问题甚至无法求解，无法应用于拉深筋的优化设计。

发明内容和具体实施方式：本发明针对现有技术中的不足，提供一种拉深筋混合优化设计方法，本发明的具体方法为：

(1)应用优化模型和有限元程序设计拉深筋阻力沿凹模口的分布状况；

(2)依据改进的拉深筋阻力模型，应用改进的混合优化算法设计拉深筋几何类型和实际几何参数，优化模型包括：有限元程序、改进的混合优化算法、设计变量、约束函数、目标函数。

以下对具体方法作进一步限定：

(1)用改进的混合优化算法产生设计变量；

(2)有限元程序根据设计变量计算出约束函数和目标函数值；

(3)由改进的混合优化算法判断约束函数是否满足条件，目标函数是否已达到最小或最大；

(4)如果约束函数不满足条件或者目标函数值未达到最小或最大，则由改进的混合优化算法再重新生成新的设计变量值，再重复前述优化计算过程，改进的混合优化算法包括：网格法、单纯形法、初始单纯形点、反射点、设计变量的可行域。

以下对上述的具体方法再作进一步限定：

(1)利用单纯形法产生初始单纯形点、反射点和延伸点；

(2)使单纯形法中生成的初始单纯形点、反射点和延伸点均落在设计变量的可行域内，保证了算法的可行性和有效性。

改进的拉深筋阻力模型包括：材料特性、润滑条件、拉深筋的弯曲角、有效弯曲半径、筋压入深度。改进的拉深筋阻力模型考虑了材料硬化、厚向异性系数对拉深筋阻力的影响，能够真实反映拉深筋压入深度对筋阻力的作用。

实施例：将本发明应用于客货厢左/右后门柱内板连接板拉延模的拉深筋优化设计，经过优化和有限元计算，最终获得优化的拉深筋设计方案，并根据设计方案进行实冲试验，将试验结果与相应的仿真结果进行对比，以验证本发明的正确性。实际拉延制件存在开裂问题，利用T.Ohata提出的“discretized optimization method”，无法进行优化设计。按本发明进行拉深筋优化设计：

(1)优化模型的建立

I、设计变量：等效拉深筋阻力

II、目标函数：连接板的成形裕度

III、约束条件：突缘部分最小修边值

(2)拉深筋阻力分布

有限元计算次数共37次，其中网格点有效计算次数为19次，改进单纯形法计算次数为18次。利用改进的混合优化算法进行计算，得到了设计变量(等效拉深筋阻力)的分布，在满足约束条件的情况下，零件能成功拉延(满足了目标函数)。

(3)设计实际拉深筋几何模型

根据本发明中的拉深筋阻力模型、本发明中的改进的混合优化算法、第(2)点中得到的拉深筋阻力分布，设计出拉深筋的几何模型。

进行实冲试验，零件已能成功拉延，表明了本发明的可行性和正确性。

本发明具有实质性特点和显著进步，将改进的混合优化算法与有限元程序以及改进的拉深筋阻力模型相结合，提出应用优化理论与数值仿真进行拉深筋方案优化设计的方法，从而实现拉深筋设计的自动化，大大提高了工作效率，提高了拉深筋布置和截面设计的正确性，是板料成型工艺走向智能化设计的重要环节。