Integrazione tra tecniche basate sulle superfici di risposta e simulazioni numeriche per l’ottimizzazione di processi di idroformatura di tubi

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Description

Nel campo della progettazione dei processi di formatura dei materiali metallici, l’applicazione di tecniche di ottimizzazione rappresenta oggi un settore di particolare interesse scientifico. L’obiettivo principale di gran parte degli studi proposti negli ultimi anni, è quello di ottenere la calibrazione ottima dei parametri di processo minimizzando lo sforzo computazionale, ossia il numero di simulazioni o di prove sperimentali da effettuare. Negli ultimi anni la ricerca scientifica si è focalizzata sull’applicazione di diversi algoritmi di ottimizzazione quali ad esempio:
• metodi iterativi basati su tecniche che utilizzano il calcolo del gradiente di una certa funzione obiettivo;
• tecniche basate sull’intelligenza artificiale;
• procedure fondate sulle superfici di risposta.
Va sottolineato che, se si considerano problemi complessi caratterizzati da un elevato numero di variabili di processo, la letteratura presenta buoni risultati di procedure di ottimizzazione da un punto di vista tecnologico ma la quasi totalità degli approcci presentati si base su uno sforzo computazionale piuttosto elevato. Le metodologie che sembrano più promettenti per superare questa difficoltà sono quelle basate sulle superfici di risposta.
Il principale obiettivo di questo progetto riguarda la messa a punto di metodologie basate sulle superfici di risposta per l’ottimizzazione di processi complessi di idroformatura di tubi ad Y. I problemi che si analizzeranno sono caratterizzati da un elevato numero di variabili da ottimizzare e per questa ragione la ricerca sarà focalizzata sull’individuazione di strategie che minimizzino lo sforzo computazionale richiesto per pervenire a soluzioni ottime.
Si studieranno alcune metodologie di pre-screening delle variabili di progetto ed inoltre saranno analizzate diverse tecniche di progettazione degli esperimenti (design of experiments, DoE) e diverse tecniche di regressione. Lo scopo del progetto è lo sviluppo di una procedura basata sull’integrazione tra le tecniche basate sulle superfici di risposta e le simulazioni numeriche ad elementi finiti del processo studiato. Tale procedura di ottimizzazione sarà validata applicando altre tecniche di ottimizzazione e confrontando i risultati in termini di soluzione tecnologica ottenuta e sforzo computazionale impiegato ed anche attraverso riscontri sperimentali.

Layman's description

Negli ultimi anni si è assistito, da un lato, ad un accorciamento del ciclo di vita dei prodotti manifatturieri e dall’altro sia ad un proliferare di tecnologie innovative specie con riferimento alle lavorazioni di lamiere metalliche. A fronte di tali cambiamenti la disponibilità di procedure di ottimizzazione veloci, efficienti e robuste per lo studio di processi di formatura diventa sempre più urgente in ambiente industriale. Come dimostrato dagli ultimi studi scientifici in materia, all’aumentare del numero di variabili, non solo risulta difficile trovare una soluzione valida tecnologicamente, ma, qualora ci si riesca, lo sforzo computazionale richiesto diventa alquanto elevato. L’obiettivo di questo progetto di ricerca consiste nella stesura di alcune linee guida valide nella progettazione di processi di formatura della lamiera caratterizzati da un elevato numero di parametri di processo da calibrare. Il principale obiettivo di questo progetto riguarda la messa a punto di metodologie basate sulle superfici di risposta per l’ottimizzazione di processi complessi; in particolare sarà analizzato il processo di idroformatura di tubi ad Y; tale processo a causa della sua complessa meccanica di deformazione,risulta caratterizzato da un elevato numero di variabili di processo. La ricerca proposta sarà focalizzata sulla determinazione e la conseguente generalizzazione di metodologie di ottimizzazione che minimizzano lo sforzo computazionale. Saranno prese in considerazione varie fasi della progettazione di un processo di formatura. In particolare il primo aspetto che verrà preso in considerazione sarà l’individuazione dei parametri di processo maggiormente significativi. Dunque un primo obiettivo sarà quello di individuare una procedura in grado di selezionare il numero minimo di variabili da ottimizzare per ottenere una soluzione soddisfacente dal punto di vista tecnologico. Una volta selezionate le variabili di progetto, occorrerà progettare il piano degli esperimenti, dunque un altro obiettivo del presente progetto di ricerca riguarda l’individuazione di piani degli esperimenti che offrano il miglior compromesso tra accuratezza della superficie di risposta ottenuta e minimizzazione delle simulazioni numeriche da effettuare. Infine sarà necessario trovare la tecnica di regressione più efficace da utilizzare; in tal senso l’analisi della letteratura offre un’ampia scelta e pertanto sarà selezionata la più performante in termini di contenimento dello sforzo computazionale necessario e di accuratezza nella modellizzazione del problema. Ulteriore obiettivo del progetto riguarderà la valutazione quantitativa dell’efficacia della procedura al fine di offrire un contributo riguardo alla performance offerta dai diversi algoritmi di ottimizzazione. I risultati ottenuti saranno validati sperimentalmente, per valutare se la tecnica di progettazione intelligente proposta possa essere effettivamente applicabile in campo industriale.
La metodologia che sarà utilizzata in questo progetto di ricerca si fonda sull’integrazione tra tecniche di ottimizzazione basate sulla determinazione di una superficie di risposta e la simulazione numerica ad elementi finiti. Lo scopo di tale integrazione è la messa a punto di una procedura di ottimizzazione efficace ed efficiente di processi di idroformatura di tubi metallici ad Y.
L’attività di ricerca sarà svolta in sei fasi di seguito illustrate.

FASE1) Messa a punto del modello numerico.
Sarà utilizzato il codice commerciale esplicito LS-DYNA per simulare il processo di idroformatura di tubi ad Y.

FASE 2) Pre-screening delle variabili di progetto.
In questa fase saranno individuate tutte le variabili di processo che influenzano la qualità del pezzo finito e saranno utilizzate delle tecniche di pre-screening al fine di individuare il numero minimo di variabili necessarie ad ottimizzare il processo. In particolare, saranno utilizzare tecniche statis
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/07 → …

Fingerprint

Esplora i temi di ricerca toccati da questo progetto. Queste etichette sono generate sulla base dei riconoscimenti/sovvenzioni sottostanti. Insieme formano una fingerprint unica.