先进高强钢应力适应型构件定模动辊制造装备系统动力学研究

The variable section parts made of advanced high strength steel plate can meet the needs of stress distribution. It becomes the new demand in the manufacturing field by its excellent mechanical properties and high bearing capacity. A new kind of roll-die forming method, which is mixed variable shape die with multiaxies linkage and cooperative movement of roll group is proposed. Aiming at the roll-die forming machine design, the research job will be carried out to deal with the system dynamics problem and the dynamic performance optimization design which is constructed by roll-die nonlinear performence function together with driving system delay effect during precision forming procedure .The advanced high strength steel plate deformation system movement mechanism composed of drive motor, transmission mechanism, roll - die system will be revealed. The design parameters such as the deformation resistance, roll force , axle load ,roll torque, velocity and acceleration of servo motion and so on will be obtained. The dynamic characteristics of the roll-die forming machine can be explored in order to realize matching design and precise control.The research job belongs to dynamic problem of the multifield coupled complex system in machanical engineering, which consists of dynamic load, new mechanism of roll-die forming machine and linkage control technology. It is an innovative scientific problem for the development of new equipment based on good research conditions and foundation.

先进高强钢板制成的变截面构件能达到与承载应力分布相适应的应力适应型构件。其优良的截面力学性能和较高的承载性能成为当今制造领域的新需求。申请者所在团队提出融合型模和多轴联动，空间协同运动的自随形精确成形的定模动辊变截面辊弯成形新方法。本项目以定模动辊变截面辊弯成形装备的设计为目标，开展非线性功能界面与时滞效应的高性能精确成形装备系统动力学理论与动态性能匹配优化设计问题研究，揭示驱动电机、传动机构、模具-轧辊系统与超高强钢板材变形组成的系统运动机理，获得板料成形过程动态变形抗力、轧辊动态作用力，各轴动载荷、电机动态驱动力矩等系统参数及各轧辊伺服运动的速度、加速度，掌握其动特性规律，实现先进高强钢变截面辊弯成形工况匹配设计与精确成形控制。项目基于前期工作和良好的条件，面向成形动载荷-辊模新机构-联动控制多场耦合的复杂系统动力学问题，针对新的成形方法开展新装备的设计理论科学的创新研究。

将先进高强钢薄板制成各种复杂变截面构件，可以在载荷一定的条件下显著减轻重量，成为汽车轻量化、高速列车、航空、航天工业追求的目标。由于先进高强钢屈服强度高，延伸率低，利用辊弯成形方法将先进高强钢板材制成各种变宽度、变高度杆类构件，是具有挑战性的工程技术难题。在国家自然科学基金项目支持下，申请者团队经过四年探索，从变截面辊弯成型机理研究开始，先后完成世界上唯一变宽度定模动辊变截面辊弯成型生产线，变高度定模动辊变截面辊弯成型生产线。所提出的原创性工艺与研制的装备成为先进高强钢变宽度、变高度杆类构件精确渐近成形的有效方法。针对驱动电机、传动机构、模具-轧辊系统与超高强钢板材变形组成的系统，基于能量原理，提出一种包含电磁场、机构驱动力场及高强钢板连续塑性变形过程动态能量场耦合机电系统动力学分析新方法。推导系统各部分能量数学表达，获得定模动辊机电系统动力学方程，形成多物理场复杂机电系统动力学分析理论成果。针对变截面辊弯成形制造中诸多不确定性因素造成制造装备产生剧烈变负载冲击的问题，提出了一种自适应抵消变负载冲击的变截面辊弯成形制造装备多机构协作内力动态优化分配算法。提出量子粒子群优化算法的改进策略，针对定模动辊变截面辊弯成形装备的运动过程实现性能优化的新设计方法。项目团队协同攻关，发表了科研论文10篇，其中SCI/EI检索论文6篇。申请国际、国家发明专利5项，获得授权3项，两项正在受理。指导16名研究生获得硕士学位。变宽度定模动辊变截面辊弯生产线在中国一汽轿车股份公司应用。项目研究完成申请书规定的任务。