導(dǎo)語：液壓系統(tǒng)仿真現(xiàn)狀研究管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：歐、美、日等國家都開發(fā)出了專用的液壓成形設(shè)備。而我國在這一領(lǐng)域處于落后位置。在國內(nèi)沒有廠家能夠提供板材液壓成形的專用設(shè)備，此項技術(shù)在國內(nèi)仍是空白。開展板材液壓成形系統(tǒng)的研究具有重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：板材液壓成形液壓系統(tǒng)動態(tài)仿真

1.液壓系統(tǒng)在成形工業(yè)中的應(yīng)用

液壓成形按成形方式可分為管道液壓成形和板材液壓成形，按有無模具分可分為有模液壓成形和無模液壓成形。而板材液壓成形是金屬塑性成形的一種新工藝，它采用液體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛性凹?；蛲鼓?，使坯料在液體的高壓作用下貼合凸?；虬寄１砻娉尚?。板材液壓成形能克服傳統(tǒng)剛性凸、凹模成形工藝的不足，具有制模簡單、成本低、成形極限高、成形質(zhì)量好等特點，可在一道工序內(nèi)成形具有復(fù)雜形狀的零件，是實現(xiàn)汽車輕量化的重要途徑之一。

最早出現(xiàn)的板材液壓成形工藝是橡皮膜液壓成形，后又發(fā)展為充液拉延工藝（又稱對向液壓拉延）。歐、美、日本等國家較早地開展了工藝試驗研究及設(shè)備的開發(fā)工作，隨后雖有一些工業(yè)應(yīng)用的實例，但應(yīng)用范圍仍不廣。二十世紀(jì)70年代中期以后，日本學(xué)者對這項工藝進行了較為細(xì)致的試驗研究，提出了一些抑制破裂等成形缺陷的措施，使充液拉延工藝在日本進入了實用階段，廣泛用于反光罩、航空部件及汽車覆蓋件的生產(chǎn)。充液拉延工藝在不斷發(fā)展中形成了多種新工藝。目前日本、德國、美國等對該技術(shù)做了大量研究，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、化工、機械、民用等領(lǐng)域。

（a）液體代替凹模（b）液體代替凸模

圖1-1板材液壓成形示意圖

板材液壓成形技術(shù)與普通成形技術(shù)相比主要具有以下特點及優(yōu)點：

1)僅僅需要一套模具中的一半(凹?；蛲鼓?，流體介質(zhì)取代凹模或凸模來傳遞載荷以實現(xiàn)板材成形，這樣不僅降低了模具成本，而且縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。

2)提高產(chǎn)品質(zhì)量，顯著提高產(chǎn)品性能:質(zhì)量輕、剛度好、尺寸精度高、承載能力強、殘余應(yīng)力低、表面質(zhì)量優(yōu)良。

3)可以成形復(fù)雜薄殼零件，減少中間工序，尤其適合一道工序內(nèi)成形具有復(fù)雜形狀的零件，甚至制造傳統(tǒng)加工方法無法成形的零件，材料利用率高。

4)通過液壓控制系統(tǒng)對流體介質(zhì)的控制，易于實現(xiàn)零件性能對成形工藝的要求，材料合理分配。

5)模具具有通用性，不同材質(zhì)、不同厚度的坯料可用一副模具成形。

目前，為了適應(yīng)生產(chǎn)需求，提高生產(chǎn)效率，歐、美、日等國家都開發(fā)出了專用的液壓成形設(shè)備。日本于90年代初期在豐田汽車廠建成以40MIA大型充液拉延設(shè)備為中心的沖壓自動生產(chǎn)線。瑞典還開發(fā)了配備在液壓機上的充液拉延裝置，該裝置具有獨立的液壓系統(tǒng)，可實現(xiàn)高壓液體的灌注、升壓、保壓、卸壓等要求，液體壓力可進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為20MPa一120MPa。

目前在國內(nèi)沒有廠家能夠提供板材液壓成形的專用設(shè)備，此項技術(shù)在國內(nèi)仍是空白。開展板材液壓成形裝備關(guān)鍵技術(shù)的研究，對增強我國裝備技術(shù)實力，提高我國的裝備制造水平，具有重要的現(xiàn)實意義。

在板材液壓成形裝備技術(shù)中，技術(shù)關(guān)鍵包括：

1）裝備的總體配置技術(shù)：包括機身結(jié)構(gòu)選擇（單柱、雙柱、四柱結(jié)構(gòu)、框架、鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)）、液壓系統(tǒng)配置和計算機控制系統(tǒng)的配置等。

2）液壓增壓系統(tǒng)：包括增壓系統(tǒng)的動態(tài)特性、密封、超高壓技術(shù)等。

3）工藝過程的計算機控制：包括材料性能參數(shù)、摩擦系數(shù)的在線辯識，壓邊力與成形液壓力的優(yōu)化控制等。

在液壓成型過程中，液壓系統(tǒng)的壓力設(shè)定、控制和密封對于板料成形的影響較大，而且各參數(shù)之間有很多組合，加上液壓系統(tǒng)在成形瞬間對模具的沖擊，振動等對板料的成形也有很大的影響，因此對一種零件的板料成形，其各參數(shù)的確定都比較困難。目前為得到一種具體零件的液壓成形過程中液壓系統(tǒng)各參數(shù)的設(shè)定都采用反復(fù)試驗的辦法，既繁瑣又不經(jīng)濟。采用malab/simulik軟件包分析一些主要的參數(shù)對板料成形性能的影響，可以在模擬之中得到液壓系統(tǒng)各參數(shù)變化對成形工藝的影響，并獲得所需參數(shù)。

板材成形數(shù)值模擬研究始于60年代對液壓元件和系統(tǒng)利用計算機進行仿真的研究和應(yīng)用已有三十年的歷史。隨著流體力學(xué)，現(xiàn)代控制理論，算法理論，可靠性理論等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的突飛猛進，液壓仿真技術(shù)也日益成熟，越來越成為液壓系統(tǒng)設(shè)計人員的有力工具。

由于過去對動態(tài)特性的分析缺乏較成熟的方法，所以設(shè)計液壓系統(tǒng)主要根據(jù)所要求的自動工作循環(huán)及靜態(tài)性能。當(dāng)機器制造出來以后，如發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性達(dá)不到要求，則再進行改進設(shè)計，但也缺乏理論指導(dǎo)，因此導(dǎo)致設(shè)計效率低，產(chǎn)品質(zhì)量不高、對液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性進行數(shù)字仿真，可以在設(shè)計階段預(yù)測其動態(tài)性能，經(jīng)過修改設(shè)計，可以滿足對系統(tǒng)的全面要求。這樣可以大大提高設(shè)計效率和保證設(shè)計質(zhì)量。

對液壓系統(tǒng)的仿真可以使設(shè)計人員在設(shè)計階段預(yù)測機器的性能，避免因重復(fù)試驗及加工所帶來的昂貴費用，可以優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計，提高機器的整體性能。算法模塊作為輸入液壓系統(tǒng)的解算器，是整個仿真軟件的核心。

在液壓系統(tǒng)建模和仿真過程中需要多次調(diào)節(jié)大量的參數(shù)，以達(dá)到要求的工作曲線。在目前面世的商業(yè)仿真軟件交互性均比較友好，使用時建立系統(tǒng)框架并不麻煩，而絕大多數(shù)時間都要花在參數(shù)的手工設(shè)定上。通過手工設(shè)定參數(shù)極大地受軟件使用者個人經(jīng)驗地制約，而且得到地結(jié)果往往不是最優(yōu)的。通常仿真只給出已有系統(tǒng)的響應(yīng)，為了尋求最優(yōu)解，需要另外安排一套尋優(yōu)機制，并使它與仿真模塊結(jié)合。在連續(xù)系統(tǒng)參數(shù)最優(yōu)化方面，現(xiàn)在己經(jīng)能做到由尋優(yōu)機制自動修改系統(tǒng)參數(shù)，并啟動仿真模塊，最終獲得最優(yōu)解，而在離散事件系統(tǒng)仿真中，這種機制還處于研究階段，比較有希望的方法是引入人工智能技術(shù)。本課題的一部分將著重于通過一定的尋優(yōu)算法，為仿真系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定提供一組或幾組參考值，以縮短仿真周期。

2.國外仿真軟件的發(fā)展?fàn)顩r

70年代——1973年，第一個直接面向液壓技術(shù)領(lǐng)域的專用液壓仿真軟件HYDSIM程序研制成功。它是由美國俄克拉何馬州立大學(xué)推出的。該軟件首次采用了液壓元件功率口模型方式進行建模，并且所建模型可重復(fù)使用。1974年德國亞深工業(yè)大學(xué)開始研制液壓系統(tǒng)仿真軟件包DSH該軟件建模具有面向原理圖建模(模型直觀和物理意義強)，模型包含非線性等優(yōu)點。但有模型庫依靠人工管理，新元件描述繁瑣，并且對所有的容腔都取狀態(tài)變量加劇了狀態(tài)方程剛性，系統(tǒng)的階次不容易降低，以及系統(tǒng)描述文件需要人工編輯等不足。不久，英國巴斯大學(xué)也開始研制液壓系統(tǒng)仿真軟件包HASP。它使用功率鍵合圖的建模方法，采用數(shù)學(xué)模型FORTRAN子程序自動生成。面向鍵合圖物理機理清楚，但是鍵合圖不如原理圖直觀，用戶還需要學(xué)習(xí)鍵合圖方法，描述文件也需要人工編輯。另一頗具影響的仿真軟件是美國麥道公司推出的液壓仿真軟件包。

80年代——是西歐和美國在液壓仿真方面初顯成效的時代.一批液壓仿真軟件包相繼問世。首先是德國的DSH軟件和英國的HASP軟件研制成功。1984年美國俄克拉何馬州立大學(xué)于又推出了PEERSIMo1986年芬蘭坦培爾工業(yè)大學(xué)推出了CATS工M.瑞典從1986年開始研制歷時八、九年的開發(fā)與完善.推出了HOSPSAN等等。這些軟件雖然各具特點，但從建模原理、程序結(jié)構(gòu)與功能上均未超出DSH與HASP的基本模式。

90年代——液壓系統(tǒng)仿真軟件又有了新的發(fā)展。1992年巴斯大學(xué)以全新面貌推出了NASP好的升級版BATH/FP。它追隨德國的DSH面向液壓原理圖的特點，并加入原理圖編輯模塊以及有一整套模型數(shù)據(jù)庫的管理功能.大大增加了友善性。在算法上，實現(xiàn)了自動選擇算法的積分器，基于XWINDOWS/UNIX環(huán)境的良好的用戶界面。但是，BATHFP仍末解決模型化簡的問題，算法的自適應(yīng)不夠，在微機上只有一個簡化版，不利于推廣。1994年亞探工業(yè)大學(xué)出了DSH+的測試版軟件.從中可以看出來來的軟件概貌。DSH+對原來的DSH進行了徹底的改造。保留了面向液壓原理圖、模型庫豐富的優(yōu)點，增強了人機交互功能。采用WINDOWS界面;并用C++語言對軟件進行重寫。新模型的輸入方式十分方便，模型庫擴展了電子的和機械的元構(gòu)件，軟件在功能上有所擴展，并保持在PC上運行的方針。

3.國內(nèi)液壓仿真進展

正是由于液壓系統(tǒng)動計算機仿真軟件有如此重要的作用，世界各主要發(fā)達(dá)國家都積極投入研發(fā)，并都取得了較大成就，有一大批仿真軟件面世。我國在這方面的起步較晚，但是在我國科研人員的努力下，在液壓仿真領(lǐng)域的研究也取得了一定的成績。國內(nèi)不少高校和研究單位也從不同側(cè)面進行了液壓仿真軟件的研究開發(fā)。浙江大學(xué)流體傳動及控制實驗室自一九八一年引進了德國亞深工業(yè)大學(xué)流體傳動及控制研究所的液壓元件及系統(tǒng)仿真軟件DSH，對其進行了消化和移植，90年代在此基礎(chǔ)上開發(fā)了SIMUL/ZD仿真軟件;北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等航空部院校八十年代對AFSS進行了消化和移植，并將成果轉(zhuǎn)讓給航空部科研院所。上海交通大學(xué)開發(fā)了面向液壓系統(tǒng)原理的通用仿真軟件HYCAD。大連理工大學(xué)用鍵合圖法也開發(fā)了相應(yīng)的仿真軟件。但是最近幾年，國內(nèi)的液壓仿真軟件的發(fā)展已經(jīng)落后于國外的發(fā)展，除了在模型庫及算法上的不足外，尤其明顯的是在用戶界面上的落后。

現(xiàn)階段國內(nèi)的液壓仿真軟件在圖形建模功能上取得了長足的進步，大連理工大學(xué)開發(fā)出了基于鍵合圖技術(shù)的液壓仿真軟件，實現(xiàn)了面向液壓原理圖的可視化建模，該軟件在Windows環(huán)境下運行，不需要其它軟件的額外支持。華中理工大學(xué)開發(fā)出了基于預(yù)建模方法的面向液壓原理圖的液壓仿真軟件CHISP，該軟件的圖形建模是基于AutoCAD的圖形建模仿真軟件，但是由于基于AutoCAD的圖形建模仿真軟件脫離不開AutoCAD運行，造成了對硬件設(shè)備，人員素質(zhì)，投資預(yù)算的額外要求。正是由于這一點，使得國內(nèi)液壓仿真軟件在生產(chǎn)實踐中的使用率不高，制約了我國液壓行業(yè)的發(fā)展。因此開發(fā)一套基于Windows的獨立的可圖形建模的液壓仿真軟件己經(jīng)擁有迫切的要求。

液壓仿真是仿真技術(shù)在液壓技術(shù)領(lǐng)域的一種應(yīng)用，其起步雖然較晚，但是其在液壓系統(tǒng)的設(shè)計中的應(yīng)用對系統(tǒng)性能的改進與提高確發(fā)揮著越來越重要的作用。

4.結(jié)束語

在液壓成型過程中，液壓系統(tǒng)的壓力設(shè)定、控制和密封對于板料成形的影響較大，而且各參數(shù)之間有很多組合，加上液壓系統(tǒng)在成形瞬間對模具的沖擊，振動等對板料的成形也有很大的影響，因此對一種零件的板料成形，其各參數(shù)的確定都比較困難。目前為得到一種具體零件的液壓成形過程中液壓系統(tǒng)各參數(shù)的設(shè)定都采用反復(fù)試驗的辦法，既繁瑣又不經(jīng)濟。液壓系統(tǒng)的仿真可以使設(shè)計人員在設(shè)計階段預(yù)測機器的性能，避免因重復(fù)試驗及加工所帶來的昂貴費用，可以優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計，提高機器的整體性能。

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