基于数字孪生的钢结构横梁冲压回弹自适应控制方法与流程

本发明涉及冲压成形控制，具体为基于数字孪生的钢结构横梁冲压回弹自适应控制方法。

背景技术：

1、钢结构横梁冲压成形中，回弹是影响腹板与翼缘尺寸精度和装配一致性的主要因素。现有回弹控制技术通常依据离线冲压仿真或试模阶段的整体变形数据，预先设定模具型面补偿量或压边力。部分产线在冲压过程中采集整体成形力、上模位移或单一区域压力，用于判断冲压状态，但难以反映腹板与翼缘在模具型面不同长度区段内的局部接触和应变变化。当板料批次性能、厚度或表面润滑状态发生波动时，预先设定的整体补偿量无法跟随实际成形状态调整，回弹量沿横梁长度方向出现区段差异，腹板与翼缘的局部回弹趋势难以被及时识别，垫块组和压边圈仍按固定参数执行，导致横梁腹板平面度、翼缘角度和整体轮廓精度波动。

2、冲压数字孪生体技术已有应用，但现有写入方式多集中于上模位移、整体成形力或若干离散传感器读数，未按模具型面分区和行程位置同步组织接触压力与中性层应变分布，无法在保压时段形成针对腹板和翼缘的回弹趋势量。回弹补偿量通常采用整体型面修正或统一压边力调整，缺少将腹板和翼缘分区回弹趋势分别映射至垫块组位移和压边圈压力指令的闭环过程，下一件冲压的局部补偿无法根据上一件实际分区状态自动更新。需要解决在冲压行程中利用分区接触压力和中性层应变分布形成腹板和翼缘回弹趋势量，并将该回弹趋势量转换为垫块组和压边圈分区反向补偿指令的问题。

技术实现思路

1、针对现有冲压回弹控制中缺乏沿型面分区的回弹趋势识别和下一件分区自适应补偿的问题，本发明提供一种基于数字孪生的钢结构横梁冲压回弹自适应控制方法。在冲压行程中同步获取模具型面分区接触压力、板料中性层的应变分布和上模位移，并将上述数据按行程位置写入具有型面分区的冲压数字孪生体；在保压时段根据分区接触压力、应变分布和上模位移形成横梁腹板和翼缘的回弹趋势量；将回弹趋势量映射为垫块组和压边圈的分区反向补偿量，并将分区反向补偿量转换为垫块组位移指令和压边圈压力指令；按照垫块组位移指令和压边圈压力指令执行下一件横梁冲压，并将下一件数据回写冲压数字孪生体。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于数字孪生的钢结构横梁冲压回弹自适应控制方法，包括：

3、在钢结构横梁冲压行程中，同步获取模具型面的分区接触压力、板料中性层的应变分布和上模位移；

4、将所述分区接触压力、所述板料中性层的应变分布和所述上模位移按行程位置写入冲压数字孪生体，所述冲压数字孪生体具有与模具型面一致的型面分区；

5、根据所述冲压数字孪生体中的所述分区接触压力、所述板料中性层的应变分布和所述上模位移，在保压时段形成横梁腹板和翼缘的回弹趋势量；

6、将所述回弹趋势量映射为模具型面中垫块组和压边圈的分区反向补偿量，并将所述分区反向补偿量转换为垫块组位移指令和压边圈压力指令；

7、按照所述垫块组位移指令和所述压边圈压力指令执行下一件横梁冲压，并将下一件横梁的分区接触压力、板料中性层的应变分布和上模位移回写所述冲压数字孪生体。

8、优选的，所述将所述分区接触压力、所述板料中性层的应变分布和所述上模位移按行程位置写入冲压数字孪生体，具体为：

9、在模具型面沿横梁长度方向划分多个型面区段，并在每个型面区段设置压力采集片；

10、按照上模位移将冲压行程划分为多个行程片段，将每个型面区段的压力采集片所测压力值归入对应行程片段，得到区段压力序列；

11、将板料中性层的应变分布按型面区段和行程片段进行对应分割，得到区段应变序列；

12、将区段压力序列和区段应变序列写入冲压数字孪生体中对应型面区段和对应行程片段，并将上模位移作为冲压数字孪生体的行程寻址索引。

13、优选的，所述根据所述冲压数字孪生体中的所述分区接触压力、所述板料中性层的应变分布和所述上模位移，在保压时段形成横梁腹板和翼缘的回弹趋势量，具体为：

14、在保压时段从冲压数字孪生体的型面分区中调取每个分区的接触压力和应变分布；

15、对横梁腹板对应的型面分区，按应变分布确定中性层伸长段和压缩段，并将中性层伸长段与压缩段之间的转变位置作为腹板回弹趋势起点；

16、对横梁翼缘对应的型面分区，按接触压力确定翼缘贴模段和离模段，并将翼缘贴模段与离模段之间的压力变化位置作为翼缘回弹趋势起点；

17、将腹板回弹趋势起点和翼缘回弹趋势起点沿横梁长度方向连接，得到回弹趋势量。

18、优选的，所述将所述回弹趋势量映射为模具型面中垫块组和压边圈的分区反向补偿量，具体为：

19、将回弹趋势量沿横梁长度方向分解为腹板回弹分量和翼缘回弹分量；

20、在模具型面的垫块组中选取与腹板回弹分量所在长度区间对应的垫块作用点，并将腹板回弹分量按垫块作用点的分布转换为垫块反向位移量；

21、在压边圈中选取与翼缘回弹分量所在长度区间对应的压边作用区，并将翼缘回弹分量按压边作用区的分布转换为压边反向压力增量；

22、将垫块反向位移量和压边反向压力增量按同一长度区间合并，得到分区反向补偿量。

23、优选的，所述将所述分区反向补偿量转换为垫块组位移指令和压边圈压力指令，具体为：

24、从分区反向补偿量中提取每个长度区间的垫块反向位移量和压边反向压力增量；

25、按照冲压设备中垫块组的实际安装位置，将垫块反向位移量分配至对应垫块伺服缸，形成垫块组位移指令；

26、按照压边圈中液压垫的供压通道，将压边反向压力增量分配至对应供压通道，形成压边圈压力指令；

27、将垫块组位移指令和压边圈压力指令按冲压行程的先后顺序写入冲压设备的执行队列。

28、优选的，所述按照所述垫块组位移指令和所述压边圈压力指令执行下一件横梁冲压，并将下一件横梁的分区接触压力、板料中性层的应变分布和上模位移回写所述冲压数字孪生体，具体为：

29、在下一件横梁冲压前，读取垫块组位移指令和压边圈压力指令并驱动垫块伺服缸和压边圈液压垫；

30、在下一件横梁冲压过程中，按上模位移触发模具型面的分区接触压力和板料中性层的应变分布采集；

31、将下一件横梁的分区接触压力和板料中性层的应变分布按行程位置与冲压数字孪生体中对应型面分区和对应行程片段进行替换；

32、将下一件横梁的上模位移作为替换后的行程寻址索引并保留在冲压数字孪生体中。

33、优选的，所述将板料中性层的应变分布按型面区段和行程片段进行对应分割，得到区段应变序列，具体为：

34、在板料中性层沿横梁长度方向布置多个应变采集点，并将每个应变采集点与模具型面的型面区段建立位置对应关系；

35、按照上模位移将每个应变采集点的应变读数归入对应行程片段，得到每个应变采集点的应变读数序列；

36、将属于同一型面区段的应变采集点的应变读数序列按横梁宽度方向排列，得到该型面区段的区段应变序列；

37、将区段应变序列与对应型面区段和对应行程片段绑定后写入冲压数字孪生体。

38、优选的，所述对横梁腹板对应的型面分区，按应变分布确定中性层伸长段和压缩段，并将中性层伸长段与压缩段之间的转变位置作为腹板回弹趋势起点，具体为：

39、在横梁腹板对应的型面分区中，沿横梁长度方向依次读取中性层的应变分布；

40、将应变分布中连续增大且大于零的区段记为中性层伸长段，将连续减小且小于零的区段记为中性层压缩段；

41、在相邻的中性层伸长段和中性层压缩段之间，选取应变分布中数值连续经过零点的位置作为候选转变位置；

42、在候选转变位置两侧分别提取伸长段长度和压缩段长度，将伸长段长度和压缩段长度相等的位置确定为腹板回弹趋势起点。

43、优选的，所述将回弹趋势量沿横梁长度方向分解为腹板回弹分量和翼缘回弹分量，具体为：

44、在回弹趋势量中按横梁长度方向标记腹板回弹趋势起点和翼缘回弹趋势起点；

45、以腹板回弹趋势起点为分段边界，将回弹趋势量中位于腹板区域的趋势量提取为腹板回弹分量；

46、以翼缘回弹趋势起点为分段边界，将回弹趋势量中位于翼缘区域的趋势量提取为翼缘回弹分量；

47、将腹板回弹分量和翼缘回弹分量分别与横梁长度方向的位置坐标绑定，得到沿横梁长度方向分布的腹板回弹分量和翼缘回弹分量。

48、优选的，所述按照冲压设备中垫块组的实际安装位置，将垫块反向位移量分配至对应垫块伺服缸，形成垫块组位移指令，具体为：

49、读取冲压设备中每个垫块伺服缸在模具型面中的安装坐标；

50、将分区反向补偿量中的垫块反向位移量按长度区间与安装坐标进行匹配，得到每个垫块伺服缸对应的位移分量；

51、对同一垫块伺服缸对应的多个位移分量按长度区间进行叠加，得到该垫块伺服缸的目标位移；

52、将每个垫块伺服缸的目标位移转换为伺服缸行程指令，并将全部伺服缸行程指令按垫块组编号排列，形成垫块组位移指令。

53、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

54、在冲压行程中，模具型面沿横梁长度方向划分多个型面区段，每个型面区段设置压力采集片；板料中性层沿横梁长度方向布置多个应变采集点，并与型面区段建立位置对应关系。同步采集的分区接触压力、中性层应变分布和上模位移按照上模位移划分的行程片段写入冲压数字孪生体，行程寻址索引与型面分区保持对应。在保压时段，冲压数字孪生体按型面分区调取接触压力和应变分布，对腹板区域沿长度方向依次读取中性层应变，将连续增大且大于零的区段作为伸长段、连续减小且小于零的区段作为压缩段，选取伸长段和压缩段长度相等的位置作为腹板回弹趋势起点；对翼缘区域按接触压力区分贴模段和离模段，将压力变化位置作为翼缘回弹趋势起点，并沿横梁长度方向连接得到回弹趋势量。上述过程使实际分区接触状态和中性层应变变化直接参与回弹趋势计算，不再仅依赖离线仿真或整体成形力，能够定位腹板和翼缘沿长度方向的具体回弹转变位置，减少局部回弹趋势未被识别导致的区段尺寸偏差。

55、回弹趋势量沿横梁长度方向分解为腹板回弹分量和翼缘回弹分量，腹板回弹分量按长度区间对应至垫块组作用点，转换为垫块反向位移量；翼缘回弹分量按长度区间对应至压边圈作用区，转换为压边反向压力增量，同一长度区间的垫块反向位移量和压边反向压力增量合并为分区反向补偿量。按照垫块伺服缸的实际安装坐标和压边圈供压通道，将分区反向补偿量分配为垫块组位移指令和压边圈压力指令，并按冲压行程顺序写入执行队列。下一件横梁冲压前读取上述指令驱动垫块伺服缸和压边圈液压垫，冲压过程中按上模位移触发采集，下一件分区接触压力和中性层应变分布按行程位置替换数字孪生体中对应数据，上模位移作为替换后的行程寻址索引保留。该闭环使腹板与翼缘的局部补偿基于上一件实际回弹趋势更新，垫块组和压边圈不再按整体固定参数动作，可对非回弹区域保持较小扰动，同时沿横梁长度方向对不同区段施加差异化补偿，适应板料批次和接触状态波动。