船體外板曲面熱成型加工自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、熱應(yīng)力成型是加工板料的一種重要成型方法。目前高強(qiáng)度鋼已廣泛應(yīng)用于船舶生產(chǎn)中但尚未有成熟的高強(qiáng)度鋼熱應(yīng)力成型技術(shù)。沒(méi)有成熟的工藝就無(wú)法完成大量鋼板的加工任務(wù)，這項(xiàng)工藝已逐漸成為整個(gè)造船生產(chǎn)流程的瓶頸。因此，基于船體外板曲面熱成型加工自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)研究有著非?，F(xiàn)實(shí)的工程應(yīng)用背景與意義。
　　就是在這樣一個(gè)工程背景下，展開對(duì)高頻感應(yīng)彎板成型的研究。高頻感應(yīng)熱應(yīng)力成型是一個(gè)局部快速加熱到高溫，并隨后快速冷卻的過(guò)程。整個(gè)鋼板的溫度隨時(shí)間和空

2、間急劇變化，材料的物理性能參數(shù)也隨溫度劇烈變化。因此，高頻感應(yīng)溫度場(chǎng)的分析屬于典型的非線性瞬態(tài)熱傳導(dǎo)問(wèn)題。因?yàn)楦哳l感應(yīng)溫度場(chǎng)分布十分不均勻，在感應(yīng)加熱過(guò)程中和冷卻后將產(chǎn)生相當(dāng)大的應(yīng)力和變形。高頻感應(yīng)應(yīng)力和變形的計(jì)算中既有大應(yīng)變、大變形等幾何非線性問(wèn)題又有彈塑性變形等材料非線性問(wèn)題。為輔助課題的開展，在前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)理論分析和有限元數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，模擬出了高頻感應(yīng)彎板成型過(guò)程。
　　研究的主要內(nèi)容包括：（1）在計(jì)算

3、過(guò)程中材料性能隨溫度變化而變化，屬于材料非線性問(wèn)題，提出了基于Jmatpro的高強(qiáng)度鋼熱物理性能研究。（2）在45號(hào)鋼彎板成型有限元模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改和優(yōu)化，結(jié)合AH32號(hào)鋼的熱物理性能參數(shù)，得到了適用于AH32號(hào)鋼的磁-熱-結(jié)構(gòu)多場(chǎng)耦合的有限元模型并驗(yàn)證了其模型的有效性。（3）基于AH32號(hào)鋼的磁-熱-結(jié)構(gòu)多場(chǎng)耦合的有限元模型，在給定不同工藝參數(shù)（加熱時(shí)間、板厚、電流強(qiáng)度、頻率大小、冷卻方式）的前提下，用此有限元模型預(yù)測(cè) AH32號(hào)

4、鋼彎曲變形結(jié)果，分析結(jié)果對(duì)現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)工藝有一定的指導(dǎo)價(jià)值。（4）在曲面測(cè)量技術(shù)中，研究了基于三角網(wǎng)格模型的自適應(yīng)測(cè)點(diǎn)生成算法，對(duì)測(cè)量路徑優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了合理的描述。最后結(jié)合相應(yīng)的理論方法，基于matlab對(duì)離散點(diǎn)進(jìn)行逆向擬合得到相應(yīng)的彎板曲面模型。
　　通過(guò)研究和算例驗(yàn)證，得到了可行的AH32號(hào)鋼高頻感應(yīng)彎板溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的模擬分析方法，為復(fù)雜高強(qiáng)度鋼熱應(yīng)力成型結(jié)構(gòu)進(jìn)行高頻感應(yīng)彎板溫度場(chǎng)、應(yīng)力的分析提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)，促進(jìn)了有限元