一种基于在线有限元仿真的过程质量控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于在线有限元仿真的过程控制方法，通过采集加工过程中的特征参数，调取历史仿真数据，实现对加工过程的实时仿真，生产者可以依据仿真结果，对下一工序的工艺参数进行调整与控制。本发明专利技术可定量评估多工序加工的产品质量特性，即使对于传统测量方法难以测量的物理量，也可以给出对应加工条件下所得的数值，根据具体数值进行定量分析后，得出更为精确具体的加工过程修改方案，同时根据建立的不同加工状态下工件加工结果的数据库，结合实际加工过程中所监测到的加工状态，调用数据库中的数据，辅助仿真，从而极大地减少仿真所需要的时间，达到评估加工结果，辅助控制工艺过程的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于在线有限元仿真的过程质量控制方法
本专利技术涉及机械工业
，更具体的说是涉及一种基于在线有限元仿真的过程质量控制方法。
技术介绍
有限元仿真利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。目前的有限元仿真计算时间较长，尤其是对于发生较大形变的过程，计算时间可能会长达几十小时。因此，有限元方法仅仅能够作为离线的计算方法，无法对加工过程进行在线的实时仿真，而对于一些物理量，如残余应力，会对工件的使用产生较大的影响，使用传统的检测方法无法监测得到结果，需要利用仿真的方法来进行评价。因此能够快速根据实际收集到的数据，对工件加工过程进行仿真的有限元方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种利用历史仿真数据，对应实际采集到的加工环境等参数，对加工过程进行实时在线仿真的方法，极大地减少仿真所需要的时间，达到评估加工结果，辅助控制工艺过程的作用。一种基于在线有限元仿真的过程质量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1根据经验确定影响工件使用质量的物理特征，确定历史特征参数，并且对加工工件的历史使用情况进行分析，明确工件加工过程中出现的加工条件，例如：对于壳体，工件中的残余应力极大地影响着工件使用过程的属性，而残余应力难以用传统监测方式给出，根据加工过程中，对工件质量有重要影响的参数，选择决定工件最终质量、影响产品最终工作特性或者波动比较大的参数作为考察的历史特征参数，并且确定历史特征参数的取值范围为(a，b)；在历史特征参数取值范围内，根据传感器分辨率、采样频率等约束，并考虑对该工件仿真对精确度等需求，取历史特征参数的m个数值，假设其数值为qi其中i＝1、2、3…m，明确工件加工过程中主要出现的m个加工条件；S2将工件加工过程中主要出现的m种不同的加工条件作为加工仿真的边界条件，分别对对加工过程进行仿真，从而获得加工结束后的工件状态数据，通过比较历史仿真数据和实际加工结束后的工件状态数据，对仿真模型进行矫正，分别获得与实际相吻合的对应不同加工状态下的m个仿真结果；S3建立仿真结果的索引，对仿真结果进行分区域处理，每个仿真结果采取相同的分块方式，假设分别分出n个材料块，每个材料块根据仿真的加工状态不同和空间位置作为索引；S4搭建针对实际特征参数的监控系统，监测实际加工过程中所述实际特征参数的变化以及分布情况，将其实时传输到计算机仿真系统中；S5根据实际加工过程中采集到的特征参数值以及加工的空间位置，对比调取历史仿真中对应区域、对应特征参数下的区域块，将调取的区域块放置在仿真系统对应于实际加工的空间位置中。例如，在加工(xi，yi，zi)时，实际特征参数值qj，则调取qj下(xi，yi，zi)处的材料块，将调取材料块的数据放置在仿真系统的(xi，yi，zi)处；相邻区域块的相邻面上的节点通过设置边界条件的方法，确保弥合相邻面之间因形变不同带来的空隙；S6建立新的有限元模型，进行材料块的调用和空间位置放置时，对相邻两个材料块相邻面上对应节点的距离进行判断，换算成为材料对应区域的应变值，如果应变大于使材料发生塑形形变的值时，发出告警；S7进行整体有限元仿真，仿真模型中工件的每一个区域都赋予了实际特征参数下对应的历史仿真数据，最后对工件整体进行有限元仿真，在确定整体静力平衡的同时，得到该工序结束之后较为精确的工件的状态数据(包括残余应力、形变量等)；S8在S7中得到的仿真结果上，根据得到的工作状态，有针对性的对下一步加工参数进行调整和改进，消除上一步加工产生的异常形变，从而实现对加工过程的有效控制。本专利技术可定量评估多工序加工的产品质量特性，即使对于传统测量方法难以测量的物理量，也可以给出对应加工条件下所得的数值，根据具体数值进行定量分析后，得出更为精确具体的加工过程修改方案，同时根据建立的不同加工状态下工件加工结果的数据库，结合实际加工过程中所监测到的加工状态，调用数据库中的数据，辅助仿真，从而极大地减少仿真所需要的时间，达到评估加工结果，辅助控制工艺过程的作用。优选的，在所述的一种基于在线有限元仿真的过程质量控制方法中，步骤S2中将工件加工过程中出现的所述加工条件作为加工仿真的边界条件，分别对加工过程进行仿真，从而获得加工结束后的工件状态数据，通过比较仿真数据和实际加工结束后的工件状态数据，对仿真模型进行矫正，分别获得与实际相吻合的对应不同加工状态下的仿真结果，创建历史仿真数据。本专利技术根据建立的不同加工状态下工件加工结果的历史仿真数据，结合实际加工过程中所监测到的加工状态，调用历史仿真数据，辅助仿真，从而极大地减少仿真所需要的时间，达到评估加工结果，辅助控制工艺过程的作用。优选的，在所述的一种基于在线有限元仿真的过程质量控制方法中，步骤S3中所述索引为将所述仿真结果进行分区域处理，得到材料块，每个材料块根据历史仿真数据作为索引，并对每一材料块的表面进行编号，分别将每一个分块区域中的历史仿真数据以及编号进行存储。本专利技术将仿真结果进行分区域处理，并对每一材料块的表面进行编号，分别将每一个分块区域中的历史仿真数据以及编号进行存储，为后续的拼接做准备。优选的，在所述的一种基于在线有限元仿真的过程质量控制方法中，步骤S5中所述拼接根据采集到的所述实际特征参数值，调取对应区域的材料块，最终拼接在一起，得到工序结束后工件的状态情况。本专利技术相邻区域块的相邻面上的节点通过设置边界条件的方法，确保弥合相邻面之间因形变不同带来的空隙。优选的，在所述的一种基于在线有限元仿真的过程质量控制方法中，所述分区域处理根据传感器对特征参数监测的分辨率大小以及采样频率，确定数据区域大小，对仿真结果进行区域的划分和分块，得到材料块。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于在线有限元仿真的过程质量控制方法，不仅可定量评估多工序加工的产品质量特性，即使对于传统测量方法难以测量的物理量，也可以给出对应加工条件下所得的数值，根据具体数值进行定量分析后，得出更为精确具体的加工过程修改方案，而且根据建立的不同加工状态下工件加工结果的数据库，结合实际加工过程中所监测到的加工状态，调用数据库中的数据，辅助仿真，从而极大地减少仿真所需要的时间，达到评估加工结果，辅助控制工艺过程的作用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1附图为本专利技术的设计流程图；图2附图为本专利技术的流程图；图3附图为本专利技术实施例流程图；图4附图为本专利技术创建历史仿真数据流程图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于在线有限元仿真的过程质量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1确定历史特征参数，并且对加工工件的历史使用情况进行分析，明确工件加工过程中出现的加工条件；S2创建历史仿真数据：获得与实际相吻合的对应不同加工状态下的仿真结果；S3建立仿真结果的索引；S4搭建实际特征参数的监控系统：监测实际加工过程中实际特征参数的变化及加工的空间位置，并实时传输到计算机仿真系统中；S5调取历史仿真数据，并拼接材料块：根据实际加工过程中采集到的所述实际特征参数以及加工的空间位置，对比调取历史仿真数据，并对材料块进行拼接；S6实时控制：建立新的有限元模型，进行材料块的调用和空间位置放置时，对相邻两个材料块相邻面上对应节点的距离进行判断，换算成为材料对应区域的应变值，如果应变大于使材料发生塑形形变的值时，发出告警；S7进行整体有限元仿真；S8调整加工参数，优化加工过程。

【技术特征摘要】
1.一种基于在线有限元仿真的过程质量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1确定历史特征参数，并且对加工工件的历史使用情况进行分析，明确工件加工过程中出现的加工条件；S2创建历史仿真数据：获得与实际相吻合的对应不同加工状态下的仿真结果；S3建立仿真结果的索引；S4搭建实际特征参数的监控系统：监测实际加工过程中实际特征参数的变化及加工的空间位置，并实时传输到计算机仿真系统中；S5调取历史仿真数据，并拼接材料块：根据实际加工过程中采集到的所述实际特征参数以及加工的空间位置，对比调取历史仿真数据，并对材料块进行拼接；S6实时控制：建立新的有限元模型，进行材料块的调用和空间位置放置时，对相邻两个材料块相邻面上对应节点的距离进行判断，换算成为材料对应区域的应变值，如果应变大于使材料发生塑形形变的值时，发出告警；S7进行整体有限元仿真；S8调整加工参数，优化加工过程。2.根据权利要求1所述的一种基于在线有限元仿真的过程质量控制方法，其特征在于，步骤S1中所述历史特征参数为影响工件使用情况的物理特征。3.根据权利要求1所述的一种基于在线有限元仿真的过...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴伟，张钰清，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11