بررسي تجربي و بهينه‌سازي پارامترهاي فرآيند هيدروفرمينگ لوله‌هاي دولايه به كمك الگوريتم بهينه‌سازي ازدحام ذرات

Experimental Investigation and Optimization of Bi-Layered Tube Hydroforming Process Parameters with Particle Swarm Optimization Algorithm

تنظيم دقيق پارامترهاي فرآيند هيدروفرمينگ لوله‌هاي دولايه براي توليد محصول سالم و مطابق با مشخصات طراحي لازم و ضروري است. متأسفانه روابط دقيق و مشخصي براي تعيين پارامترهاي اين فرآيند وجود ندارد و پارامترهاي اين فرآيند از طريق سعي‌وخطا و بر اساس تجربه‌ي مهندسين توليد، تعيين مي‌شود. بنابراين در اين مقاله يك روش تركيبي از المان محدود و الگوريتم ‌بهينه‌سازي ازدحام ذرات براي تعيين پارامترهاي فرآيند هيدروفرمينگ لوله‌هاي دولايه پيشنهاد شده است. براي اين كار، ابتدا فرآيند هيدروفرمينگ به صورت المان محدود، مدل‌سازي و صحت اين مدل‌سازي با داده‌هاي تجربي تأييد شده است. سپس از ادغام مدل المان محدود و الگوريتم بهينه‌سازي جهت تعيين دقيق پارامترهاي فرآيند استفاده شده است. در تعيين پارامترهاي فرآيند هيدروفرمينگ لوله‌هاي دولايه، دو قيد عدم تجاوز تغييرات ضخامت (نازك‌شدگي و ضخيم‌شدگي) از حد مجاز تعيين شده و عدم تجاوز تنش ايجاد شده در لوله‌ها از تنش نهايي مواد در نظر گرفته شده است. همچنين مطابقت محصول توليد شده با مشخصات طراحي نيز به عنوان تابع هدف الگوريتم بهينه‌سازي تعيين شده است. در اين مقاله پارامترهاي اصلي فرآيند هيدروفرمينگ دولايه، يعني مسير بارگذاري فشار و پيشروي بهينه شده است. همچنين جنس لوله خارجي و داخلي به ترتيب آلومينيوم و مس مي‌باشد. براي ادغام مدل المان محدود و الگوريتم بهينه‌سازي ازدحام ذرات از نرم‌افزار آباكوس و زبان برنامه‌نويسي پايتون استفاده شده است.

Determining of exact loading paths for bi-layered hydroforming are very neseccery to produce good products that confirmed design specifications. Unfortunately, theoretical formulas don’t exist to determine the process parameters. The process parameters were determined by trial-and-error and experiences of process planner. Therefore, a hybrid method of finite element and particle swarm optimization (PSO) was proposed for determining of the bi-layered hydroforming parameters. First, this process was simulated and verified by experimental data. Then, finite element and optimization algorithm were linked and used to determine of exact process parameters. Two constraints, thickness variations and maximum stress, were considered in the optimization process. Also, conformation of the geometrical dimension of the product with the design dimension was considered as a goal function. Pressure and feed loading paths were optimized in this research and both loading paths were assumed to be linear. Also, external and internal tubes materials are aluminium and copper, respectively. Python programming and ABAQUS software are used for hydroforming process simulation and linking the FE model and particle swarm optimization algorithm.