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基于POA-BP的TP2管材自由弯曲成形结果预测

郝用兴 张旭浩 刘亚辉

郝用兴, 张旭浩, 刘亚辉. 基于POA-BP的TP2管材自由弯曲成形结果预测[J]. 制造技术与机床, 2024, (2): 122-128. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.018
引用本文: 郝用兴, 张旭浩, 刘亚辉. 基于POA-BP的TP2管材自由弯曲成形结果预测[J]. 制造技术与机床, 2024, (2): 122-128. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.018
HAO Yongxing, ZHANG Xuhao, LIU Yahui. Prediction of free bending forming result of TP2 pipe based on POA-BP[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (2): 122-128. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.018
Citation: HAO Yongxing, ZHANG Xuhao, LIU Yahui. Prediction of free bending forming result of TP2 pipe based on POA-BP[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (2): 122-128. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.018

基于POA-BP的TP2管材自由弯曲成形结果预测

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.018
基金项目: 2021河南省重点科技计划项目(212102210347);华北水利水电大学客座教授基金(4001-40734)
详细信息
    作者简介:

    郝用兴,男,1966年生,博士,硕士生导师、教授,材料学院院长,研究方向为新材料及先进加工技术、数字化设计、仿真与制造技术,河南省教学名师,已发表学术论文60多篇、部分获EI/SCI索引。E-mail:392741383@qq.com

    通讯作者:

    张旭浩,男,1998年生,硕士研究生,研究方向为小型管材三维自由弯曲成形。E-mail:772675975@qq.com

  • 中图分类号: TG306

Prediction of free bending forming result of TP2 pipe based on POA-BP

  • 摘要: 将壁厚减薄率和椭圆率作为管材自由弯曲成形结果的评价指标,选取弯曲模与管材间隙值、弯曲模圆角半径值、管材弯曲变形区长度、导向机构圆角半径值、导向机构与管材间隙值作为影响因子。利用数值模拟方法对管材自由弯曲成形结果的评价指标和影响因子建立样本库,并随机选取6组作为测试样本,其余的作为训练样本,结合BP神经网络和鹈鹕优化算法对预测模型进行训练,构建POA-BP神经网络预测模型对管材自由弯曲成形结果进行预测。结果表明,POA-BP预测模型的壁厚减薄率和椭圆率的最大预测误差不超过2%,故POA-BP预测模型能够有效预测管材成形结果。

     

  • 图  1  管材三维自由弯曲成形简图

    图  2  拉伸试验

    图  3  $ {\sigma }-{\varepsilon } $拟合曲线

    图  4  管材自由弯曲有限元模型

    图  5  各部件网格划分

    图  6  模拟(上)与实验(下)弯曲成形结果对比

    图  7  BP神经网络结构

    图  8  鹈鹕捕猎的方式

    图  9  数值模拟、BP预测模型、POA-BP预测模型结果对比图

    图  10  实验设备

    表  1  TP2铜管材料参数

    密度/
    (g/cm3
    抗拉强度/
    MPa
    弹性模量
    E/GPa
    屈服强度/
    MPa
    泊松比$ \varepsilon $
    8.930 367.87 115 33.48 0.32
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    表  2  模拟和实验结果对比

    弯曲段 δ/(%) ε/(%)
    1 模拟 1.83 1.02
    实验 1.66 1.81
    偏差 0.17 0.79
    2 模拟 2.66 3.04
    实验 2.02 3.77
    偏差 0.64 0.73
    3 模拟 5.22 4.61
    实验 4.82 5.76
    偏差 0.4 1.15
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    表  3  不同隐含层节点数训练得到的MSE

    节点数 MSE
    4 0.137
    5 0.086
    6 0.029
    7 0.023
    8 0.019
    9 0.014
    10 0.012
    11 0.012
    12 0.018
    13 0.009
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    表  4  鹈鹕优化算法基本参数

    参数类型 数值 说明
    鹈鹕种群数量 30 -
    学习因子 0.4 -
    邻域半径 由0.2趋近至0 R为常数0.2
    POA最大迭代次数 50 -
    搜索空间维度 72 由各层节点数决定
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    表  5  BP模型、POA-BP模型的预测结果与数值模拟结果对比

    序号 A1/
    mm
    A2/
    mm
    A3/
    mm
    A4/
    mm
    A5/
    mm
    数值模拟 BP预测模型 POA-BP
    预测模型
    δ/
    (%)
    ε/
    (%)
    It /
    (%)
    Id /
    (%)
    It /
    (%)
    Id /
    (%)
    1 0.1 2.5 24 2.5 0.4 3.98 6.03 1.181 2.405 0.854 0.713
    2 0.2 2.5 21 2 0.2 5.24 5.33 1.947 1.707 1.107 0.694
    3 0.2 1.5 23 2.5 0.3 4.41 5.54 1.361 2.852 0.295 1.318
    4 0.3 2.5 23 1.5 0.3 4.23 5.98 3.357 0.017 0.615 1.121
    5 0.2 2 25 1.5 0.2 4.28 5.67 0.187 0.071 0.771 0.882
    6 0.2 2 25 1.5 0.4 3.65 7.65 3.891 2.418 1.726 0.745
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    表  6  实际加工与POA-BP预测模型结果对比

    序号 实际加工 POA-BP预测模型
    δ/(%) ε/(%) δ/(%) ε/(%)
    1 3.84 6.23 3.946 5.987
    2 4.98 5.45 5.182 5.293
    3 4.56 5.25 4.423 5.467
    4 4.38 5.69 4.204 5.913
    5 4.08 5.97 4.247 5.62
    6 3.44 7.87 3.587 7.593
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