小孔超声振动挤压加工用变幅杆的优化设计

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作者：

赵仕杰

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摘要：

变幅杆是超声加工装置的核心部件,专用变幅杆的设计是研究各类超声加工技术的前提。为满足小孔超声振动挤压加工的使用要求,本文提出了一种非常规的复合型变幅杆并对其进行了优化设计,有限元分析和加工试验结果验证了该优化设计的有效性。本文的主要研究内容如下:(1)设计了几种常规变幅杆,基于几种常规变幅杆的有限元分析结果,提出了更符合小孔超声振动挤压加工要求的圆柱-高斯-圆锥复合型变幅杆,并对其进行了初步设计与有限元分析,为后续优化做了铺垫。(2)经最优拉丁超立方抽样法抽样和仿真实验,获得了29组训练样本数据和9组验证样本数据。基于训练样本数据,分别采用多项式响应面法、克里金法和支持向量回归法构建了根据复合型变幅杆结构参数预测其性能参数的代理模型;基于验证样本数据,评价了代理模型的预测精度。其中,克里金法构建的代理模型预测精度最高。(3)以复合型变幅杆的结构参数作为设计变量,以变幅杆空载时的纵振谐振频率、振幅放大系数和负载时的最小止振力为优化目标,建立了复合型变幅杆的多目标优化模型。将克里金法构建的代理模型与遗传算法结合,完成了复合型变幅杆的优化设计。经仿真实验验证:优化后,变幅杆的性能参数满足了设计目标的要求。(4)加工了优化设计后的变幅杆,搭建了小孔超声振动挤压加工试验平台,开展了牛密质骨切片的加工试验。加工试验结果表明:优化设计后的变幅杆能够满足小孔超声振动挤压加工的实际使用要求,加工效果理想。

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关键词：

小孔超声振动挤压加工 超声变幅杆 代理模型 遗传算法 优化方法