无限维度条带喷丸成形工艺规划方法和系统与流程

1.本发明涉及特种机械制造的技术领域，具体地，涉及一种无限维度条带喷丸成形工艺规划方法和系统。


背景技术：

2.喷丸成形通过特定能量源引入冲击压力，轰击壁板表面形成塑性变形以及残余压应力，实现小曲率弯曲成形，是一种无模冷加工工艺。该工艺具有成本低、工艺周期短、可有效改善构件力学性能、形状适应性好等显著优点，是现代大型轻质高强材料整体构件成形制造首选甚至唯一的技术途径。喷丸成形包括传统机械喷丸成形，以及新型喷丸成形技术如：激光喷丸成形、超声喷丸成形、高压水喷丸成形。喷丸成形作为一种无模成形工艺，没有确定的模具保证最终的工件形状，对工艺参数的选取要求极高。同时，喷丸成形工艺参数众多，给工艺参数的设计带来极大困难。目前存在的喷丸成形工艺参数设计方法，在面型适用性、参数设计精度、设计效率等方面均存在各自的不足，尤其是工业中大量存在的类柱型壁板，仍缺少可以高效、准确获取其成形工艺参数的手段。
3.周建忠、张永康等(周建忠,张永康,张兴权,等.中厚板材激光喷丸成形的方法和装置,2005,cn1695873a)提出了一种激光喷丸成形中厚板材方法，其基于曲面几何特征计算成形所需的应力场分布，再优化获得最优冲击压力与喷丸轨迹，由于该方法缺少关注喷丸诱导变形的根本原因，也未提供获得工艺参数的具体方法，难以应用于复杂壁板的实际成形中。a.gari
é
py等(gari
é
py a,cyr j,levers a,et al.potential applications of peen forming finite element modelling.advances in engineering software,52:60-71,2012)基于应力等效数值模型模拟喷丸成形，并根据几何特征将整体壁板表面划分为多个子区域，进而由曲率变径确定不同区域的喷丸工艺参数，但是该方法受限于应力模型的自身缺点，对几何形状敏感，并且规划效率与规划精度有限。
4.专利文献cn103433854a(申请号：cn201310384814.5)公开了一种整体壁板的数字化喷丸成形方法，首先对整体壁板的几何信息进行提取分析，然后根据整体壁板的几何特征，确定不同的喷丸路径，按照不同曲率进行划分并确定喷丸速度进行喷丸，在得到最终成形的整体壁板板坯件后，根据残余应力值大小通过almen试片试验得到特征线点列和特征点对应的弹丸速度。该专利完全基于对整体壁板几何与材料特性的分析，确定喷丸路径和喷丸工艺参数，无法充分反映激光喷丸的力学弯曲过程，计算准确性有限，计算效率难以满足实际需求，而且无法实现复杂曲面的参数计算。
5.专利文献cn104899345a(申请号：cn201510102659.2)公开了一种用于确定复杂曲面形状工件激光喷丸成形工艺参数的方法，包括如下步骤：根据工件的曲面参数方程，进行工件的曲面的几何特征分析计算出主应变方向，进而得到激光喷丸成形中激光脉冲扫描方向；建立以深度方向固有应变分布为变形来源的工件弯曲变形有限元模型，固有应变方向为主应变方向，通过固有应变场优化，得到工件不同位置沿深度方向固有应变分布；根据不同激光喷丸成形工艺参数下的固有应变响应面模型以及工件不同位置深度方向的固有应
变，进行激光喷丸成形工艺参数优化，得到与工件表面不同固有应变场相对应的最佳激光喷丸成形工艺参数。然而该专利由于固有应变与变形不是双射关系，该方法一般不会得到确定解，并且对于部分曲面无法得到固有应变分布。
6.专利文献cn110543654a(申请号：cn201910567345.8)公开了一种激光喷丸成形复杂曲面分布式工艺参数的确定方法，包括如下步骤：基于板壳力学建立挠度曲面与固有矩的函数关系，以分布式的固有矩函数为设计变量，建立基于偏微分方程约束的最优化模型；根据工件的曲面参数方程或曲面坐标，将目标曲面离散并选择合适的优化算法求解优化模型，计算分布式的固有矩；根据分布式的固有矩的大小分成若便于工艺操作的等参区域，确定在每一个区域的激光喷丸成形扫描方案；通过实验建立工艺参数与固有矩对应的工艺数据库，确定实验工艺参数，结合残余应力的要求，确定最佳分布式工艺参数。该专利未对喷丸区域形状作约束，在应用于边界不规则、长宽尺寸差别大的曲面时，很难得到有效的优化结果。
7.受限于当前喷丸成形工艺参数设计方法的规划能力，工业中的类柱型壁板，尤其是大长宽比的机翼壁板，其喷丸成形的工艺参数难以准确获取，而传统条带喷丸方法的设计变量非常有限，制约了工艺参数的设计精度，因而，仍需要提出一种可为类柱型壁板成形提供准确工艺参数的规划方法。


技术实现要素：

8.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种无限维度条带喷丸成形工艺规划方法和系统。
9.根据本发明提供的无限维度条带喷丸成形工艺规划方法，包括：
10.步骤s1：标定不同工艺参数对应的几何变形与中间变量；
11.步骤s2：将目标曲面数据转换为离散网格；
12.步骤s3：选取当前曲面的优化初始参数，并设计条带的分布方向；
13.步骤s4：构建无限维度条带喷丸成形的数值模拟计算框架；
14.步骤s5：建立工艺参数优化设计模型，获取最优中间变量分布，确定目标壁板成形对应的喷丸工艺参数。
15.优选的，所述步骤s1包括：对方形试样进行表面全喷丸，测量试样变形后中心点的弧弓高与曲率，构建工艺参数-几何变形映射；标定的中间变量为固有应变ε
*
或固有矩具体标定过程为：由几何变形数据，基于固有应变或固有矩反求法，计算出固有应变空间分布ε
*
＝ε
*
(x,y,z)或固有矩平面分布构建工艺参数-中间变量映射，其中，x、y为在初始平板平面内两根正交数轴方向上的坐标，z为以板中性层为零点的深度方向坐标。
16.优选的，所述步骤s2包括：对于给定曲面参数方程的工件，通过插值或网格映射将目标曲面离散为三角形网格或四边形网格；对于给定曲面点集坐标的工件，基于计算机图形学中的离散法或连续法生成三角形或四边形网格，获得网格离散点集为(xi,yi,zi),i＝1,2,3,
…
,m，其中，m为离散网格中的节点个数。
17.优选的，所述步骤s3包括：基于工艺参数-几何变形映射，选取工艺参数，使得选取的工艺参数对应的成形曲率数值κ与目标曲面典型曲率最接近，满足
18.所述步骤s4包括：优化的条带个数、尺寸由离散网格数量决定；数值模拟计算包括：通过构造升维矩阵，获得第一列单元中间变量到全网格单元中间变量的映射，再基于弹性数值模拟，实现给定工艺参数下的曲面变形预测。
19.优选的，所述步骤s5包括：工艺参数优化设计模型为：
[0020][0021]
其中，x为设计变量，为施加在垂直条带方向第一列网格的中间变量数值；j(x)为目标函数，表示目标曲面与数值模拟曲面总挠度偏差；为目标曲面挠度向量；d为数值模拟曲面挠度向量；k为目标壁板网格刚度矩阵；λ为初始中间变量对应的等效载荷向量；t为升维矩阵，将条带设计变量x映射至全网格参量；i＝1,2,3,
…nel
，n
el
为目标壁板网格数量；xi为设计变量x的第i个数值，其取值范围受到工艺能力的限制，x
max
代表工艺数据库中的最大成形能力，x
min
为接近零的微小常数；
[0022]
该优化模型可基于梯度的优化算法、启发式算法，以及拓扑优化领域典型算法oc、mma、gcmma求解；
[0023]
基于工艺参数-中间变量映射与优化模型，得到优化后的中间变量分布，确定目标壁板成形对应的喷丸条带区域，以及不同条带对应的工艺参数。
[0024]
根据本发明提供的无限维度条带喷丸成形工艺规划系统，包括：
[0025]
模块m1：标定不同工艺参数对应的几何变形与中间变量；
[0026]
模块m2：将目标曲面数据转换为离散网格；
[0027]
模块m3：选取当前曲面的优化初始参数，并设计条带的分布方向；
[0028]
模块m4：构建无限维度条带喷丸成形的数值模拟计算框架；
[0029]
模块m5：建立工艺参数优化设计模型，获取最优中间变量分布，确定目标壁板成形对应的喷丸工艺参数。
[0030]
优选的，所述模块m1包括：对方形试样进行表面全喷丸，测量试样变形后中心点的弧弓高与曲率，构建工艺参数-几何变形映射；标定的中间变量为固有应变ε
*
或固有矩具体标定过程为：由几何变形数据，基于固有应变或固有矩反求法，计算出固有应变空间分布ε
*
＝ε
*
(x,y,z)或固有矩平面分布构建工艺参数-中间变量映射，其中，x、y为在初始平板平面内两根正交数轴方向上的坐标，z为以板中性层为零点的深度方向坐标。
[0031]
优选的，所述模块m2包括：对于给定曲面参数方程的工件，通过插值或网格映射将目标曲面离散为三角形网格或四边形网格；对于给定曲面点集坐标的工件，基于计算机图形学中的离散法或连续法生成三角形或四边形网格，获得网格离散点集为(xi,yi,zi),i＝1,2,3,
…
,m，其中，m为离散网格中的节点个数。
[0032]
优选的，所述模块m3包括：基于工艺参数-几何变形映射，选取工艺参数，使得选取的工艺参数对应的成形曲率数值κ与目标曲面典型曲率最接近，满足
[0033]
所述模块m4包括：优化的条带个数、尺寸由离散网格数量决定；数值模拟计算包括：通过构造升维矩阵，获得第一列单元中间变量到全网格单元中间变量的映射，再基于弹
性数值模拟，实现给定工艺参数下的曲面变形预测。
[0034]
优选的，所述模块m5包括：工艺参数优化设计模型为：
[0035][0036]
其中，x为设计变量，为施加在垂直条带方向第一列网格的中间变量数值；j(x)为目标函数，表示目标曲面与数值模拟曲面总挠度偏差；为目标曲面挠度向量；d为数值模拟曲面挠度向量；k为目标壁板网格刚度矩阵；λ为初始中间变量对应的等效载荷向量；t为升维矩阵，将条带设计变量x映射至全网格参量；i＝1,2,3,
…nel
，n
el
为目标壁板网格数量；xi为设计变量x的第i个数值，其取值范围受到工艺能力的限制，x
max
代表工艺数据库中的最大成形能力，x
min
为接近零的微小常数；
[0037]
该优化模型可基于梯度的优化算法、启发式算法，以及拓扑优化领域典型算法oc、mma、gcmma求解；
[0038]
基于工艺参数-中间变量映射与优化模型，得到优化后的中间变量分布，确定目标壁板成形对应的喷丸条带区域，以及不同条带对应的工艺参数。
[0039]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0040]
(1)本发明通过优化条带形式的喷丸区域，可以保证成形面型为类柱面，适用于不同尺寸类柱型壁板的成形规划；
[0041]
(2)本发明创造性的提出无限维度条带规划方法，条带数量由离散后的网格数量决定，单个条带的喷丸参数可调，工艺设计空间宽裕，可达的设计精度更高；
[0042]
(3)本发明建立“工艺参数-几何形状”映射，为优化初始工艺参数的选取提供依据，使得工艺规划具备更优的参数设计能力；
[0043]
(4)本发明构建“工艺参数-中间变量”映射，再基于目标形状优化中间变量的分布，可以避免喷丸工艺参数众多而造成的工艺规划困难；
[0044]
(5)本发明的数值模拟与工艺优化设计过程，基于计算力学的数值模拟理论，充分反映喷丸的力学弯曲过程。
附图说明
[0045]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0046]
图1为本发明提出的无限维度条带喷丸成形工艺规划方法实施流程图；
[0047]
图2为本发明展开方法中通过升维矩阵将条带设计变量映射至全网格参量的示意图；
[0048]
图3为本发明实施例中典型柱型壁板(几何尺寸1000
×
250
×
4mm3)的成形参数设计，(a)为设计曲面与目标曲面对比图，(b)为优化得到的中间变量(此例为固有矩)强度分布图；
[0049]
图4为本发明实施例中以图3所示的优化结果为依据，进行激光喷丸成形实验所得的成形壁板(几何尺寸1000
×
250
×
4mm3)，以及壁板特征线的测量结果图。
具体实施方式
[0050]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0051]
实施例1：
[0052]
如图1所示，本发明提供的一种无限维度条带喷丸成形工艺规划方法，包括如下步骤：
[0053]
步骤s1：标定不同工艺参数对应的几何变形与中间变量。
[0054]
所述的中间变量，为固有应变ε
*
或固有矩所述的标定方法具体为，对标准试样进行全覆盖喷丸成形，测量其成形后中心点的弧弓高与曲率，将工艺参数与几何变形关联，然后，基于测量得到的几何变形数据，采用固有应变或固有矩反求方法，计算出固有应变空间分布ε
*
＝ε
*
(x,y,z)或固有矩平面分布确定工艺参数对应的中间变量，构建“工艺参数-中间变量”映射，其中x、y为在初始平板平面内两根正交数轴方向上的坐标，z为以板中性层为零点的深度方向坐标；
[0055]
步骤s2：将目标曲面数据转换为离散网格。
[0056]
所述的曲面数据转换形式，具体为，对于给定曲面参数方程的工件，通过插值或网格映射将目标曲面离散为三角形网格或四边形网格，对于给定曲面点集坐标的工件，基于计算机图形学中的离散方法或连续方法生成三角形或四边形网格，获得网格离散点集为(xi,yi,zi),i＝1,2,3,
…
,m，其中，m为离散网格中的节点个数；
[0057]
步骤s3：选取当前曲面的优化初始参数，设计条带的分布方向。
[0058]
所述的曲面参数的选取方法，具体为，计算离散网格曲面所有节点的曲率数值，通过统计学分析方法，确定分布最显著的曲率，在步骤s1建立的工艺参数数据库中搜索与成形该曲率最接近的工艺参数，即选取的工艺参数对应的成形曲率数值κ与目标曲面典型曲率最接近，数学公式表达为如果存在多个可用参数，则选取其中可产生最大幅值残余应力的工艺参数，将其作为优化初步参数；条带分布方向的设计方法为，条带的分布方向与目标曲面曲率为零或者曲率变化较平缓的方向保持一致；
[0059]
步骤s4：构建无限维度条带喷丸成形的数值模拟计算框架。
[0060]
所述的无限维度条带喷丸成形的数值模拟计算框架，具体为，基于弹性数值模拟理论，首先计算目标壁板网格的整体刚度矩阵k，其计算方法如式(1)所示，其中，为单元刚度矩阵，n
el
为单元数量，ci表示两种不同形式的单元刚度矩阵与的转换关系，ci是一个24
×nel
的矩阵，只包含0与1，be为单元应变矩阵，d为弹性系数矩阵；再计算出初始中间变量对应的等效载荷向量λ，基于式(2)计算，其中，为单元载荷矩阵的全局形式，由单元载荷矩阵的局部形式组装得到，b为整体应变矩阵，为等效中间变量，此例为固有矩；通过构造升维矩阵t，将条带设计变量x映射至全网格参量ρ，如图2，基于全网格参量ρ与等效载荷向量λ计算喷丸整体载荷向量f，如式(3)所示；最终，基于壁板刚度k与整体载荷向量f，通过弹性有限元平衡方程计算出当前设计参数下曲面的变形结果d，如式(4)所示；
[0061][0062][0063]
f＝λρ,ρ＝tx
…………
(3)
[0064]
kd＝f
…………
(4)
[0065]
步骤s5：建立工艺参数优化设计模型，获取最优中间变量分布，如图3，再确定壁板成形需要的喷丸工艺参数。
[0066]
所述的工艺参数优化设计模型，具体为，以施加在垂直条带方向第一列网格的中间变量数值x为设计变量，以目标曲面与数值模拟曲面d总挠度偏差最小为目标函数，以弹性有限元平衡方程与工艺数据库中的中间变量取值范围为约束，其数学表达形式为：
[0067][0068]
s.t.:kd＝λtx
[0069]
xi∈[-x
max
,x
min
]∪[x
min
,x
max
],i＝1,2,3,
…nel
[0070]
其中，xi为设计变量x的第i个数值，x
max
代表工艺数据库中的最大成形能力，x
min
为接近零的微小常数，本例中取x
min
＝0.001。
[0071]
所述的工艺参数优化设计模型，所采用的优化求解方法，可选用基于梯度的优化算法、启发式算法，以及拓扑优化领域典型算法如oc、mma、gcmma等。
[0072]
所述的喷丸工艺参数确定方法，具体为，基于优化得到的中间变量分布区域确定喷丸区域拓扑外形；基于优化得到的中间变量数值，在步骤s1建立的工艺参数数据库中，寻找与不同数值中间变量对应的工艺参数，以确定不同喷丸区域的实际喷丸参数，如图4。
[0073]
实施例2：
[0074]
本发明还提供一种无限维度条带喷丸成形工艺规划系统，所述无限维度条带喷丸成形工艺规划系统可以通过执行所述无限维度条带喷丸成形工艺规划方法的流程步骤予以实现，即本领域技术人员可以将所述无限维度条带喷丸成形工艺规划方法理解为所述无限维度条带喷丸成形工艺规划系统的优选实施方式。
[0075]
根据本发明提供的无限维度条带喷丸成形工艺规划系统，包括：模块m1：标定不同工艺参数对应的几何变形与中间变量；模块m2：将目标曲面数据转换为离散网格；模块m3：选取当前曲面的优化初始参数，并设计条带的分布方向；模块m4：构建无限维度条带喷丸成形的数值模拟计算框架；模块m5：建立工艺参数优化设计模型，获取最优中间变量分布，确定目标壁板成形对应的喷丸工艺参数。
[0076]
所述模块m1包括：对方形试样进行表面全喷丸，测量试样变形后中心点的弧弓高与曲率，构建工艺参数-几何变形映射；标定的中间变量为固有应变ε
*
或固有矩具体标定过程为：由几何变形数据，基于固有应变或固有矩反求法，计算出固有应变空间分布ε
*
＝ε
*
(x,y,z)或固有矩平面分布构建工艺参数-中间变量映射，其中，x、y为在初始平板平面内两根正交数轴方向上的坐标，z为以板中性层为零点的深度方向坐标。
[0077]
所述模块m2包括：对于给定曲面参数方程的工件，通过插值或网格映射将目标曲面离散为三角形网格或四边形网格；对于给定曲面点集坐标的工件，基于计算机图形学中的离散法或连续法生成三角形或四边形网格，获得网格离散点集为(xi,yi,zi),i＝1,2,
3,
…
,m，其中，m为离散网格中的节点个数。
[0078]
所述模块m3包括：基于工艺参数-几何变形映射，选取工艺参数，使得选取的工艺参数对应的成形曲率数值κ与目标曲面典型曲率最接近，满足
[0079]
所述模块m4包括：优化的条带个数、尺寸由离散网格数量决定；数值模拟计算包括：通过构造升维矩阵，获得第一列单元中间变量到全网格单元中间变量的映射，再基于弹性数值模拟，实现给定工艺参数下的曲面变形预测。
[0080]
所述模块m5包括：工艺参数优化设计模型为：
[0081][0082]
其中，x为设计变量，为施加在垂直条带方向第一列网格的中间变量数值；j(x)为目标函数，表示目标曲面与数值模拟曲面总挠度偏差；为目标曲面挠度向量；d为数值模拟曲面挠度向量；k为目标壁板网格刚度矩阵；λ为初始中间变量对应的等效载荷向量；t为升维矩阵，将条带设计变量x映射至全网格参量；i＝1,2,3,
…nel
，n
el
为目标壁板网格数量；xi为设计变量x的第i个数值，其取值范围受到工艺能力的限制，x
max
代表工艺数据库中的最大成形能力，x
min
为接近零的微小常数；
[0083]
该优化模型可基于梯度的优化算法、启发式算法，以及拓扑优化领域典型算法oc、mma、gcmma求解；
[0084]
基于工艺参数-中间变量映射与优化模型，得到优化后的中间变量分布，确定目标壁板成形对应的喷丸条带区域，以及不同条带对应的工艺参数。
[0085]
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
[0086]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种无限维度条带喷丸成形工艺规划方法，其特征在于，包括：步骤s1：标定不同工艺参数对应的几何变形与中间变量；步骤s2：将目标曲面数据转换为离散网格；步骤s3：选取当前曲面的优化初始参数，并设计条带的分布方向；步骤s4：构建无限维度条带喷丸成形的数值模拟计算框架；步骤s5：建立工艺参数优化设计模型，获取最优中间变量分布，确定目标壁板成形对应的喷丸工艺参数。2.根据权利要求1所述的无限维度条带喷丸成形工艺规划方法，其特征在于，所述步骤s1包括：对方形试样进行表面全喷丸，测量试样变形后中心点的弧弓高与曲率，构建工艺参数-几何变形映射；标定的中间变量为固有应变ε
*
或固有矩具体标定过程为：由几何变形数据，基于固有应变或固有矩反求法，计算出固有应变空间分布ε
*
＝ε
*
(x,y,z)或固有矩平面分布构建工艺参数-中间变量映射，其中，x、y为在初始平板平面内两根正交数轴方向上的坐标，z为以板中性层为零点的深度方向坐标。3.根据权利要求1所述的无限维度条带喷丸成形工艺规划方法，其特征在于，所述步骤s2包括：对于给定曲面参数方程的工件，通过插值或网格映射将目标曲面离散为三角形网格或四边形网格；对于给定曲面点集坐标的工件，基于计算机图形学中的离散法或连续法生成三角形或四边形网格，获得网格离散点集为(x
i
,y
i
,z
i
),i＝1,2,3,
…
,m，其中，m为离散网格中的节点个数。4.根据权利要求1所述的无限维度条带喷丸成形工艺规划方法，其特征在于，所述步骤s3包括：基于工艺参数-几何变形映射，选取工艺参数，使得选取的工艺参数对应的成形曲率数值κ与目标曲面典型曲率最接近，满足所述步骤s4包括：优化的条带个数、尺寸由离散网格数量决定；数值模拟计算包括：通过构造升维矩阵，获得第一列单元中间变量到全网格单元中间变量的映射，再基于弹性数值模拟，实现给定工艺参数下的曲面变形预测。5.根据权利要求2所述的无限维度条带喷丸成形工艺规划方法，其特征在于，所述步骤s5包括：工艺参数优化设计模型为：其中，x为设计变量，为施加在垂直条带方向第一列网格的中间变量数值；j(x)为目标函数，表示目标曲面与数值模拟曲面总挠度偏差；为目标曲面挠度向量；d为数值模拟曲面挠度向量；k为目标壁板网格刚度矩阵；λ为初始中间变量对应的等效载荷向量；t为升维矩阵，将条带设计变量x映射至全网格参量；i＝1,2,3,
…
n
el
，n
el
为目标壁板网格数量；x
i
为设计变量x的第i个数值，其取值范围受到工艺能力的限制，x
max
代表工艺数据库中的最大成形能力，x
min
为接近零的微小常数；该优化模型可基于梯度的优化算法、启发式算法，以及拓扑优化领域典型算法oc、mma、gcmma求解；基于工艺参数-中间变量映射与优化模型，得到优化后的中间变量分布，确定目标壁板
成形对应的喷丸条带区域，以及不同条带对应的工艺参数。6.一种无限维度条带喷丸成形工艺规划系统，其特征在于，包括：模块m1：标定不同工艺参数对应的几何变形与中间变量；模块m2：将目标曲面数据转换为离散网格；模块m3：选取当前曲面的优化初始参数，并设计条带的分布方向；模块m4：构建无限维度条带喷丸成形的数值模拟计算框架；模块m5：建立工艺参数优化设计模型，获取最优中间变量分布，确定目标壁板成形对应的喷丸工艺参数。7.根据权利要求6所述的无限维度条带喷丸成形工艺规划系统，其特征在于，所述模块m1包括：对方形试样进行表面全喷丸，测量试样变形后中心点的弧弓高与曲率，构建工艺参数-几何变形映射；标定的中间变量为固有应变ε
*
或固有矩具体标定过程为：由几何变形数据，基于固有应变或固有矩反求法，计算出固有应变空间分布ε
*
＝ε
*
(x,y,z)或固有矩平面分布构建工艺参数-中间变量映射，其中，x、y为在初始平板平面内两根正交数轴方向上的坐标，z为以板中性层为零点的深度方向坐标。8.根据权利要求6所述的无限维度条带喷丸成形工艺规划系统，其特征在于，所述模块m2包括：对于给定曲面参数方程的工件，通过插值或网格映射将目标曲面离散为三角形网格或四边形网格；对于给定曲面点集坐标的工件，基于计算机图形学中的离散法或连续法生成三角形或四边形网格，获得网格离散点集为(x
i
,y
i
,z
i
),i＝1,2,3,
…
,m，其中，m为离散网格中的节点个数。9.根据权利要求6所述的无限维度条带喷丸成形工艺规划系统，其特征在于，所述模块m3包括：基于工艺参数-几何变形映射，选取工艺参数，使得选取的工艺参数对应的成形曲率数值κ与目标曲面典型曲率最接近，满足所述模块m4包括：优化的条带个数、尺寸由离散网格数量决定；数值模拟计算包括：通过构造升维矩阵，获得第一列单元中间变量到全网格单元中间变量的映射，再基于弹性数值模拟，实现给定工艺参数下的曲面变形预测。10.根据权利要求7所述的无限维度条带喷丸成形工艺规划系统，其特征在于，所述模块m5包括：工艺参数优化设计模型为：其中，x为设计变量，为施加在垂直条带方向第一列网格的中间变量数值；j(x)为目标函数，表示目标曲面与数值模拟曲面总挠度偏差；为目标曲面挠度向量；d为数值模拟曲面挠度向量；k为目标壁板网格刚度矩阵；λ为初始中间变量对应的等效载荷向量；t为升维矩阵，将条带设计变量x映射至全网格参量；i＝1,2,3,
…
n
el
，n
el
为目标壁板网格数量；x
i
为设计变量x的第i个数值，其取值范围受到工艺能力的限制，x
max
代表工艺数据库中的最大成形能力，x
min
为接近零的微小常数；该优化模型可基于梯度的优化算法、启发式算法，以及拓扑优化领域典型算法oc、mma、gcmma求解；
基于工艺参数-中间变量映射与优化模型，得到优化后的中间变量分布，确定目标壁板成形对应的喷丸条带区域，以及不同条带对应的工艺参数。

技术总结
本发明提供了一种无限维度条带喷丸成形工艺规划方法和系统，包括：步骤S1：标定不同工艺参数对应的几何变形与中间变量；步骤S2：将目标曲面数据转换为离散网格；步骤S3：选取当前曲面的优化初始参数，并设计条带的分布方向；步骤S4：构建无限维度条带喷丸成形的数值模拟计算框架；步骤S5：建立工艺参数优化设计模型，获取最优中间变量分布，确定目标壁板成形对应的喷丸工艺参数。本发明相较于传统条带喷丸成形参数设计方法，极大拓宽了参数设计空间，提高了参数设计精度，并且具有较高的设计效率。效率。效率。


技术研发人员：胡永祥 江剑成 孙小峰 陈思源 胡建华 何雪婷 汪冠宇
受保护的技术使用者：上海飞机制造有限公司
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/8/16