弯曲过程模拟控制综合实验

1、实验项目名称弯曲过程模拟控制综合实验实验时间24教师朱莉实验场地航空大厦D座102室实验对象机电工程专业本科可选人数8弯曲过程模拟控制综合实验课程大纲首先，课程的基本信息1.课程代码：2.课程名称(中/英文):弯曲过程模拟与控制综合实验3.小时/学分：24/4.必修课：材料力学、线性代数、计算方法、C程序设计、金属塑性成形原理、飞机钣金成形技术，/5.面向对象：飞机制造工程、材料成形和控制工程专业的本科生6.学校(系):机电工程学院航空航天制造工程系7.教材和教学参考书：弯曲模拟控制综合实验讲义朱莉，王中琪2005.12。西北工业大学出版社，1995年5月。计算机辅助塑性成形王默然主编，电子工

2、业出版社，2003年9月。MATLAB 与科学计算刘洪文高等教育出版社编辑，1988.10。二、课程的性质和任务课程性质：专业选修课(综合实验)任务：本实验是根据飞机制造工程、材料成形与控制工程的本科教学计划和人才培养目标，从专业科研工作中提炼出来的综合性实验。本实验也是一门展示计算机辅助塑性成形技术的综合性实验技术课程。通过实验，学生将通过计算机对塑性成形过程进行分析、模拟和数值控制，从而进一步掌握塑性成形理论在实践中的应用，学习先进的发展思路和方法。本实验主要根据板料弯曲过程研究弯曲回弹问题。需要测量弯曲状态下材料的力学性能，包括加载和卸载。在随后的实验中，这个性质被用来获得弯曲成形中载荷

3、-位移关系的数值解。从而形成整个弯曲过程的仿真，最终实现考虑回弹补偿的弯曲过程控制。三、实验(计算机)内容和基本要求1.计算机辅助弯曲成形(讲座):4小时(1)弯曲成形中的回弹问题和纯弯曲模型(2)数据处理、曲线拟合、带约束的最小二乘法(3)数值模拟(4)自适应控制2.测定相关试验材料在弯曲状态下12小时的力学性能(1)使用近似纯弯曲装置测量弯曲状态下金属板机械性能的实验数据；(2)数据转换处理(编程)；(3)曲线拟合(要求线段和线段点连续)(编程)，最终得到弯曲状态下板料回弹前后弯矩和曲率的解析关系，Kp=F(m)；Kf=G(Kp).3.4小时弯曲过程的计算机模拟(1)写出近纯弯曲的数学模型

4、：(2)根据实验条件，设定和调整弯曲工艺参数，利用弯矩和曲率的解析关系模拟弯曲过程，得到弯曲过程的控制参数；4.弯曲过程的计算机控制：4小时(1)将计算机仿真得到的控制参数处理成控制函数；(2)根据控制功能完成弯曲实验，(3)测量试样的弯曲角度，分析实验误差。四、教学时数的分配命令项目小时演讲练习课讨论课实验班其他的总数实验42024第五，对学生能力培养的要求用新知识、新技术通过实验命题培养学生的学习能力。要求学生能够查阅实验命题材料，复习所学课程，独立学习新知识，具备综合应用相关知识解决实验的基本理论。只有将所学知识应用于解决实验中的问题，学生才能带来乐趣和成就感；通过完成各个部分的实验任务

5、，培养学生的实践能力和研究能力。要求学生具有学习的精神和在实践中发现、研究、分析和解决问题的能力，从而培养学生的创新能力。通过各环节的任务分工和协作，培养学生的组织管理和团结协作的工作能力。要求学生在实验中具有良好的工程素质和科学态度。通过写实验报告培养学生的综合分析和总结能力。六.其他解释1.实验时间(编程部分)应与课内和课外时间相匹配。这样，可以获得理想的实验结果。七.评估方法：实验报告(包括软件):50%实验动手能力：30%实验出勤率：20%作者：朱莉日期：西北工业大学讲义弯曲过程模拟控制综合实验朱莉王中琪编辑西北工业大学教务处西北工业大学机电学院1导言近年来，一些技术先进的国家越来越多

6、地将智能研究引入金属塑性加工的研究领域。智能钣金冲压是控制科学、计算机科学和钣金成形理论相结合的综合技术。它的突出特点是根据被加工对象的特点，在线识别材料的性能参数，预测最佳工艺参数，并以最佳工艺参数自动完成板料成形过程。回弹是板料成形中常见的问题，尤其是弯曲和浅拉深。在最初的十年里，板料冲压智能技术的研究主要集中在弯曲成形的回弹控制上。智能冲压成形技术的总体发展趋势是通过简单的弯曲成形研究将智能的概念和方法引入板料成形领域，探索研究途径，然后以轴对称壳体零件的智能冲压成形研究为过渡，最终实现大型复杂曲面零件成形过程的智能控制。弯曲过程模拟控制综合实验是以飞机制造工程专业马泽恩教授主持的“塑性

7、成形动态随机模拟”项目的研究成果为基础，根据本科生的能力和特点提取的。实验选取了典型的弯曲工艺，介绍了专家学者多年来对回弹的研究成果。借助本实验，学生可以深入学习弯曲理论，掌握回弹的解析分析方法，进而完成弯曲成形过程的模拟和实时控制。2弯曲过程2.1 .弯曲过程特性将毛坯、型材或管材弯曲成具有一定曲率、角度和形状的零件称为弯曲成形。根据弯曲所用模具和设备的不同，可分为不同的弯曲方法23，如在普通压机上用弯曲模具弯曲、在弯曲机上弯曲、在辊式弯曲机上轧制、在拉伸弯曲机上拉伸弯曲和卷绕等。制动弯曲是所有金属板材成形中最简单和应用最广泛的一种。根据调查报告，飞机上的铝合金钣金件有一半以上是弯曲成形的。

8、因此，弯曲工艺在飞机制造业中起着重要的作用。2.2 .回弹控制方法的研究现状许多固体材料在一定载荷范围内表现出弹性响应。此时，物体的变形可以在载荷被移除后完全消失。这种变形被称为弹性变形。然而，经常可以观察到不同的情况。例如，在载荷超过一定极限后，即使卸载载荷，物体也不能恢复到其原始状态并保留一些残余变形，或者物体的变形随着承载时间的延续而增加，尽管在此期间载荷保持不变，并且变形不能恢复或者不能在卸载后立即恢复。这些变形都被称为非弹性变形。在非弹性变形中，与载荷相关的称为塑性变形，与时间相关的称为粘性变形。所有固体材料在塑性变形阶段都有一定程度的弹性变形。对于许多材料来说，粘性存在于弹性和塑性

9、阶段。各种金属成形工艺利用上述固体材料的塑性或粘塑性变形，并创造有利于这些变形的各种条件。然而，在卸载之后，由于弹性变形的恢复，塑性成形工件的形状和尺寸将在一定程度上改变。这种变化通常被称为反弹。在板料成形中，截面刚度小，加工精度高，回弹问题应引起重视。弯曲和任何一种塑性变形一样。在外载荷的作用下，工件的变形由塑性部分和弹性部分组成。当外部载荷被移除时，坯料的塑性变形保持不变，而弹性变形消失，从而坯料的形状和尺寸沿与加载变形相反的方向变化，导致相应的回弹。弯曲成形中影响回弹的因素主要有以下几个方面：1.冲头位移：冲头下降的位移，直接影响产品成型角度。2.模具尺寸：包括阴模开口的宽度度、模具圆角

10、半径等。3.材料特性和厚度。4.模具和金属板之间的摩擦和润滑。5.机床和模具的工作条件。图1由于影响回弹的因素相当复杂，在现有的理论分析中必须做出各种简化假设，导致理论分析结果与实际情况存在一定的差距。因此，仍然需要依靠工程师和技术人员根据经验和对机床的多次调整来确定合适的下止点位置，以便弯曲出所需的成形角度。这通常被称为压力测试。在弯曲成形中，传统的回弹控制方法有：拉伸弯曲、压力修正、模具补偿、过弯等。根据不同的零件形状和弯曲工艺，可以选择不同的方法来控制回弹。模具补偿法和过弯法是两种基本的回弹控制方法，前者适用于模具弯曲，后者适用于自由弯曲。目前，杨、斯特尔森、郭等人7-9突破了一般的理论

11、预测和工艺试验方法，将它们有机地结合起来，实现了自由弯曲回弹的自适应控制。上述方法的关键是在零件开始弯曲的一段时间内实时测量弯曲力-冲头位移曲线，这实质上是将工艺试验直接嵌入到生产过程中，从而从根本上消除了由于材料特性离散性带来的回弹预测误差。测量实时力-位移曲线后，有多种方法可以实现后续弯曲过程的实时控制。杨7将实时曲线与实验数据库中存储的曲线进行了比较，并应用模糊推理机制实现了实时弯曲控制。根据Stelson8和Kwok9，通过计算机处理实时力-位移曲线，得到曲率-弯矩方程，进而计算出冲头向下的过弯位置。上述自适应弯曲控制的最大优点是不需要进行特殊的工艺试验，可以一次弯曲成型不同特性和厚度

12、的板材，具有良好的应用前景。3实验目的弯曲过程模拟控制综合实验是一门典型、先进、实用的综合实验技术课程。实验表明了计算机辅助塑性成形领域的前沿趋势。在整个弯曲过程模拟控制的综合实验中，考虑到时间不是弯曲成形的主导因素，没有考虑粘性效应。本实验的目的是确定材料在弯曲状态下的力学性能，包括加载和卸载，同时忽略粘度。在下面的实验中，这个性质将被用来获得弯曲成形中载荷-位移关系的数值解，从而形成整个弯曲成形过程的模拟。通过该仿真，可以详细显示各种模具和工艺参数对弯曲件形状和弯曲载荷的影响。在此基础上，实现了计算机辅助工艺设计，最终在考虑回弹补偿的情况下完成了弯曲过程的数控化。通过对在线参数辨识的研究，

13、可以实现弯曲的自适应控制。在本实验中，通过弯曲过程的全过程模拟控制，学生可以了解板料冲压智能技术在金属塑性成形领域的实际应用，学习和掌握科研方法，锻炼分析和解决问题的能力，巩固所学知识，提高自学能力，在实验研究中自觉培养实事求是和开拓创新的精神。4实验内容和要求本实验提出了一套完整的弯曲成形过程模拟控制的实验方案和要求。整个实验分为三个部分：4.1 .第一部分：弯曲状态下材料力学性能的测定4.1.1 .初步知识4.1.1.1。材料的机械性能塑性变形后，应力应变关系比弹性变形时更复杂。结果表明：(1)加载条件下应力与应变之间存在非线性关系，一般表明常温下应力是应变的单调递增函数，该函数的斜率随应变的增大而减小。(2)卸载过程中应力和应变之间存在弹性关系，当载荷反向屈服时，所谓的包辛格效应减弱。(3)应力和应变之间的关系不仅由当前值决定，而且必须考虑先前的变形过程，即加载路径或加载历史。至于塑性变形中应力和应变之间的定量关系，则取决于不同的材料特性。为了解释各种材料在塑性变形中的基本力学特性，最常用的方法是进行单轴拉伸试验(有时是单轴压缩试验)来获得各种材料图2应力-应变曲线不同的应力-应变曲线(图2)，表示为。为了确定一般应力状态下的应力-应变曲线，通常假设单轴拉伸(或压缩)下的应力-应变曲线可以推广到等效应力()等效应变()曲线，即有(1)上述假设有时被形象地称为单曲线