大型液压路灯车的工作强度大，作为大型液压路灯车关键受力构件的摇臂所承受的负载也急剧增加， 广州路灯车出租

     大型液压路灯车的工作强度大，作为大型液压路灯车关键受力构件的摇臂所承受的负载也急剧增加， 广州路灯车出租, 路灯车出租, 广州出租路灯车   对其刚度和强度提出了更高要求。目前，国内外对于大型液压路灯车摇臂的生产方式普遍采用铸造成形工艺。铸造工艺容易产生缩松、缩孔、夹杂等缺陷，同时生产的铸件力学性能、抗冲击性能较差。随着大型液压路灯车工作强度的增大，摇臂出现开裂现象的频率有所增高，并且裂纹随着工作时间的延长而增大，最终导致摇臂断裂失效，严重影响大型液压路灯车的服役寿命。因此，目前铸造成形工艺生产的摇臂结构已经不能满足大型液压路灯车的使用要求，亟需寻找一种新的成形工艺来生产满足结构和性能使用要求的摇臂。替代铸造成形的生产工艺主要有焊接工艺和锻造工艺。采用焊接工艺生产出的工件比铸造工艺生产出的工件重量小，从而减少了工件自身的重量，节约资源。目前部分企业运用焊接工艺生产制造大型液压路灯车用摇臂。然而采用该工艺生产出的摇臂在焊接过程中由于局部受热，焊后可能会发生变形，而且焊接热影响区的力学性能、塑性和韧度较差，在路灯车工作时受到交变载荷的作用可能会产生裂纹，裂纹会随着工作时间的延长而增大，进而发生断裂，降低摇臂的使用寿命，影响路灯车的正常工作。采用锻造工艺生产工件，可避免出现缩松、缩孔、夹杂等铸造缺陷，并且锻件结构强度比铸件结构更高、组织更加均匀、尺寸精度更加精确，尤其锻造生产过程形成的纤维组织使锻件沿某些方向的强度更高。然而目前采用锻造生产工艺直接成形大型液压路灯车摇臂结构尚未见公开报道。因此，本文基于锻件性能较好的优点，将大型液压路灯车摇臂由原来的铸造结构改为锻造结构，并对摇臂锻件结构和锻造成形工艺进行设计与开发。大型液压路灯车摇臂铸件体积约为5.4×107mm3，质量约为400Kg。由于摇臂体积较大，对其进行铸改锻并非易事，不能直接运用现有锻造成形工艺参数对其进行生产。首先需要对摇臂结构进行相应的改进，制定摇臂锻造成形工艺方案；并对摇臂锻造成形工艺的可行性进行分析论证。由于摇臂锻件质量约为350Kg，属于大型锻件，如果直接进行锻造成形，可能会出现材料浪费，造成经济损失，因此基于经济节约且缩短产品设计开发周期的原则，本文在摇臂锻件进行锻造生产试制之前，借助塑性成形模拟技术对摇臂锻造成形过程进行模拟，为摇臂的锻造成形实际生产提供指导和参考。

      结构优化设计的发展在解决某个实际工程问题时，可能会同时出现多个可行的解决方法，工程设计人员需要根据实际问题所必需的约束条件来寻求其解决的最佳方法，这种寻求最佳解决方法的设计过程被称作优化设计。结构优化设计是指实际工程结构在满足所必须的约束条件前提下，根据预定的某种目标（如重量最轻、刚度最大等）获得最优解的方法。结构优化设计理念在很早之前就已经出现。J.C.麦克斯韦和J.H.米歇尔分别于1854年和1905年就桁架式结构进行了研究，以期解决桁架式结构在没有任何形状条件约束下的最优布局问题。该研究工作在结构优化设计理论上具有一定指导意义，然而，在实际工程生产工艺上却没能得到完整呈现。结构优化设计理论和方法应用于实际工程问题的时间可以追溯到1960年，L.A.Schmit将数学规划法引入到实际工程中，用来解决结构优化问题，并发表了第一篇关于结构优化的论文[14]。随着计算机和有限元分析技术的发展，结构优化设计也得到了快速的发展与完善。并且，随着计算机硬件和软件日益快速的发展，计算机的储存容量越来越大，有限元网格的划分规格越来越小，有限元结构模型与实际工程结构越来越接近，有限元计算结果跟实际情况越来越吻合，可靠性得到了大大提高。因此，有限元分析技术在实际工程问题研究中的运用越来越普遍。现代结构优化设计结合有限元分析技术和优化算法，运用数学模型将优化结构和约束条件更加形象具体的描述出来，从众多可行方案中寻求最优方案，获得最佳优化结果，从而实现在实际工程问题中满足约束条件下耗材最小、费用最低的优化目标。现代比较常见的优化算法主要有遗传算法、模拟退火算法和粒子群算法等。3遗传算法是由美国J.H.Holland创建，它是基于达尔文进化论中“适者生存”观点提出的一种随机搜索方法。Hollstien首次尝试运用遗传算法求解函数优化问题。遗传算法将实际工程中优化问题的解看作是物种的“染色体”，染色体群体经过编码可以用来作为解的集合。遗传算法的求解过程就是群体通过染色体的结合进行选择、交叉和变异，从而产生新一代群体。群体经过一代一代地进化，根据进化论中适者生存、优胜劣汰的进化规律，新产生的群体更加与环境相适应，最后搜寻到同环境最为适应的一个“染色体”，此染色体编码经过解码，即可以用来作为优化问题的最优解。模拟退火算法是由N.Metropolis等于二十世纪五十年代初提出，其基本思想是固体物质在熔融状态下的退火过程同实际工程中优化问题求解过程之间的相似性。熔融状态下的固体物质从一较高初始温度出发，随着温度参数持续降低，借助概率突跳特性，在优化问题可能的解集中随机搜索目标函数的最优解。1983年，S.Kirkpatrick等人对模拟退火算法进行改进，并成功地将其运用到解决大规模集成电路的优化问题中。粒子群算法是近年来由J.Kennedy和R.C.Eberhart等人于二十世纪九十年代中期提出的一种新的优化算法，该优化算法也被称为粒子群优化算法或鸟群觅食算法。粒子群算法源于飞鸟集群活动的规律性，并采用群体智能提出的一个计算模型。粒子群算法根据对动物集群活动行为的观测，借助动物群体中的个体将信息共享的现象，使整个动物群体的运动在工程优化问题解集中出现从无规则排列到规则排列的演变过程，从而获取优化问题的全局最优解。以上三种常见优化算法中，遗传算法的求解速度最快，其次是粒子群算法，最后是模拟退火算法。之所以出现这种差别，主要是因为这三种算法的求解原理不同，所使用的优化方法也不尽相同，在对优化问题求解过程中的结果处理也就出现了差别，然而这些差别使得它们在处理不同的问题时表现出不同的优势。

    结构优化设计在工程中的应用为了方便快捷的进行实际工程问题优化设计，将优化设计方法与有限元分析技术相结合进行了优化软件的设计与开发，并广泛应用于实际工程问题的结构优化求解。借助大型三维实体造型软件UG和CAE软件Nastran，对某一型号路灯车摇臂进行了静力分析，并根据静力分析结果就摇臂铸造件改为焊接件对工作装置的影响进行了研究，从而设计出了摇臂合理的焊接结构，完成了摇臂结构优化。运用大型CAE软件ANSYS，建立了路灯车摇臂铸造结构的有限元优化计算模型，从而获得了摇臂结构优化的结果，达到摇臂减重的优化目标。借助ANSYS软件平台，结合试验设计、响应面模型、抽样技术、多目标遗传算法和灵敏度分析法，对加工中心进行整机优化，从而完成了加工中心整机层面上的结构参数优化，结果表明加工中心在保证整机动静态性能不下降的情况下，重量降低6.58％。通过拉丁超立方试验设计方法对余热排出泵叶轮的叶片几何尺寸做出了16组方案，并采用数值模拟方法获得了风机在设计工况和大流量工况下的效率，借助Kriging近似模型构建了优化目标与设计变量之间的函数关系，并通过NCGA算法获得了叶片的最优结构尺寸，实现了余热排出泵叶轮的叶片结构参数优化。运用CAE软件进行产品结构优化，方便快捷，且行之有效，本文通过ANSYS操作平台，采用遗传算法对摇臂进行结构参数优化。

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     金属体积成形数值模拟技术的发展,  金属体积成形是指压力行加压，使金属材料发生和力学性能，从而得到具有种成形加工方法不仅具有程中所使用的原材料也较，设置正整数T（最大迭代次数）、交叉概率个个体，作为求解计算的初始群体P(0)；中各个体的适应度F(Xi)=Fi；计算比值Fi／∑Fi，并根据此值对群体P(t)进行选择操作将交叉操作运用到中间群体；将变异操作运用到交叉作用之后所得出的群体，从而得出第如果t<T，则设定t=t+1，转到3步；如果最大的个体作为求解问题的最优解，计算结束金属体积成形数值模拟技术技术金属体积成形是指压力加工设备对金属块料、棒料或厚板在高温或室温下进材料发生塑性变形，改变材料的形状与尺寸，并改具有一定形状、尺寸和特性的毛坯或工件的成形有较高的生产效率、较为稳定的产品质量，较少，节约生产成本。因而，体积成形加工方法5交叉概率Pc及变异进行选择操作，得到中从而得出第t+1如果t≥T，则将迭计算结束。棒料或厚板在高温或室温下进改善其内部组织件的成形方式。此，并且在生产过加工方法被广泛应用于航天航空、船舶、机械、电子电器、兵器等领域，其加工方法主要包括锻造、挤压、轧制、拉拔、旋压、摆碾等。大型液压路灯车摇臂锻件的成形特征属于金属体积成形范畴。由于金属体积成形过程，不仅包含复杂的材料非线形和几何非线形，而且包含边界接触非线性问题，变形机理非常复杂，传统的解析方法（如：流函数法、上限法、滑移线法、主应力法、均匀变形法及Hill的一般解法等）已无法对其实际生产中的变形过程进行准确的分析描述。二十世纪七十年代，有限元分析技术开始用于金属塑性成形研究领域，受到国内外众多专家学者的关注与重视，并在此领域发挥了巨大实际运用价值。有限元分析技术可以模拟金属体积成形过程，直观的呈现金属成形过程中坯料流动情况，并可以计算出其内部的应力、应变、温度场和行程载荷曲线，从而分析成形工艺参数对金属材料成形的影响。金属材料体积成形数值仿真技术的核心思想是有限元法，早期的有限元研究工作仅用于小变形问题的模拟分析，直至二十世纪五十年代末，R.Hill将大变形理论应用于有限元分析技术，开创了有限元法对大变形问题的研究。二十世纪七十年代，H.D.Hibbit等人基于拉格朗日描述法理论提出了大变形弹塑性有限元列式。然而，金属材料体积成形在实际成形加工过程中，金属材料的弹性变形量远远小于其塑性变形量（弹性变形量与塑性变形量之比一般在1/1000~1/100之间），一般情况下弹性变形量可忽略不计，从而可以将金属材料体积成形加工过程中的材料模型简化为刚塑性模型。S.Kobayashi和C.H.Lee以变分法为基础提出了刚塑性有限元法，S.1.Ohl在刚塑性有限元分析技术原有的基础上又对其做了深入研究，提出了对于任意外形模具边界条件的解决措施。本文采用刚塑性有限元分析技术对大型液压路灯车摇臂锻造成形工艺进行模拟仿真。

    刚塑性有限元法塑性有限元法在工程中的应用在工程中的应用国内外许多知名的专家学者对刚塑性有限元分析技术做了较为细致的研究工作，并广泛地将其应用于实际生产中的金属体积成形问题分析。特别是最近几年，在计算技术软硬件方面有了突飞猛进发展的同时，刚塑性有限元成形分析技术也有了飞速的发展与完善，并对实际工程问题的处理起到了辅助效果。借助刚塑性有限元模拟软件DEFORM-3D对某重型燃机压气机叶片的锻造成形过程进行了模拟仿真分析，获得了燃机压气机叶片坯料在成形过程中的形状变化、温度场和应变场以及载荷曲线，之后对其进行工艺试验生产试制，对比成形模拟仿真结果，表明有限元法模拟锻造成形分析过程具有较高的准确性。基于有限元分析技术对汽车支撑轴热挤压成形工艺过程进行了模拟仿真分析，得到了金属坯料在挤压成形过程中的行程载荷曲线以及应力分布，验证出所制定的汽车支撑轴热挤压成形工艺具有较高的可行性。运用有限元分析技术模拟了多级锻造过程中金属成形过程，获得坯料在多级锻造成形过程中的温度、流动速度等工艺参数，并建立了描述机械性能响应的多级锻造系统。采用刚塑性有限元分析技术模拟了T字形截面环轧成形过程，获得了环轧成形过程中金属坯料的应力应变以及应变速率，并基于此进行了物理试验生产试制，两者结果吻合较好。工程设计人员常将有限元分析软件DEFORM-3D用于金属体积成形问题的研究中，特别是在金属锻造成形研究过程中，不仅操作简便、运算速度快，而且分析结果可信度较高。本文采用刚塑性成形分析软件DEFORM-3D对大型液压路灯车摇臂的锻造成形过程进行模拟仿真分析，从而验证为摇臂制定的锻造成形工艺的可行性。

      DEFORM-3D软件发布于1998年，是一套以有限元分析技术为基础的成形工艺模拟仿真分析软件，它主要开发用于各种金属材料的三维塑性成形模拟仿真分析，从而获得具有较高工程应用价值的成形工艺参数以及有关金属成形过程中坯料流动情况以及温度分布等的模拟仿真数据。DEFORM-3D软件的主要应用功能包含挤压、锻造、旋压和镦粗等成形技术模拟仿真分析。DEFORM-3D软件实现了金属材料成形过程经由计算机仿真、协助工程设计人员推进新产品的设计并模拟其成形工艺流程，从而验证新产品所制定的成形工艺的可行性，可以在很大程度上降低实际试验成本，提高工程设计人员对工模具的设计效率，减少实际工程中产品生产材料的使用成本，缩短新产品的研发和生产周期。DEFORM-3D软件不仅具有较好的稳定性，使用比较方便，而且模拟仿真计算精度和结果可靠性高，是金属材料成形过程模拟仿真分析较为理想的使用工具。

     本文基于锻件性能较好的优点，将大型液压路灯车摇臂由原来的铸造结构改为锻造结构，并对其锻造工艺进行研究。本文主要进行了以下几方面的研究工作：1.运用Solidworks软件创建大型液压路灯车摇臂铸造结构的三维实体模型，详细分析了摇臂结构特征，基于锻件与铸件设计原则差异，对摇臂锻件结构进行改进。2.大型液压路灯车摇臂铸件改成锻件之后，由于其结构强度和刚度远远超过额定承载力，导致材料利用不充分造成浪费，为提高摇臂材料利用率，本文对摇臂锻件结构进行了满足使用条件的结构参数优化，使其结构更加合理，减少材8料浪费。3.基于热压缩试验研究摇臂用材料35MnB钢的高温变形行为，构建了35MnB钢高温下的本构方程。4.基于优化后的摇臂锻件结构特征，开展了摇臂锻造成形工艺分析，运用塑性成形模拟软件DEFORM-3D，对摇臂进行锻造成形加工过程进行仿真分析，预测摇臂在锻造成形加工过程中金属坯料的应力、应变、温度场以及行程载荷曲线等数据。5.根据摇臂成形模拟，并结合其结构特征和锻造成形工艺，设计了摇臂的锻造成形模具和切边模具。之后，使用锻锤对摇臂进行锻造成形生产试制。

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