目前造船业中普遍采用的船体曲面钢板成形的典型工艺是水火弯板,国外也称作线加热。在水火弯板工艺中,要实现对火焰的精确控制是非常困难的,造船厂都是依靠经验丰富的工人采用手工作业完成。激光弯曲成形是一种金属板材柔性成形新技术,这一成形方法以高能激光束作为热源,利用激光束扫描金属表面进行局部加热形成的不均匀热应力来实现板材的塑性成形。激光能量密度高,可控性好,有利于实现钢板成形工艺的自动化,在造船领域具有很大的应用潜力。近年来,有限元模拟成为研究板材激光弯曲成形的主要方法。通过对成形过程的数值模拟研究,能够全面准确的了解成形过程,从而可深入的分析成形机理和成形规律。船体的外板通常用厚度为8～20mm的钢板采用水火弯板技术加工而成,虽然有学者进行了船用钢板的激光弯曲成形实验,但没有对船用钢板的激光弯曲成形机理及成形规律等进行深入的研究。本文采用数值模拟和实验验证相结合的方法,利用有限元软件MSC.Marc对船用钢板激光弯曲成形过程进行数值模拟研究,深入分析了船用钢板激光弯曲成形机理和不同参数条件下的成形规律,并建立了预测激光弯曲成形角度的人工神经网络系统,为激光弯曲成形技术在造船领域的应用提供理论基础。主要研究内容和结论如下:(1)建立了船用钢板激光弯曲成形三维热力耦合有限元模型,模型中考虑了材料热物性和力学性能随温度的变化。模拟计算了成形过程中温度和弯曲角度的变化,对成形过程中的温度和弯曲角度进行了实时测量,模拟结果与实验结果符合较好,验证了模型的适用性。(2)研究了一定工艺参数条件下的船用钢板激光弯曲成形机理。通过对船用钢板激光弯曲成形过程的温度场、应力应变场和变形场的分析,可知成形过程具有温度梯度机理的特征。由应变场的分布特点,发现成形过程也具有增厚机理的特征,由此可知船用钢板激光弯曲成形机理是温度梯度机理和增厚机理共同作用的耦合机理。在激光弯曲成形过程中,温度和应力应变变化最剧烈的区域在上表面沿激光扫描路径区域。成形过程中所产生的翘曲变形、加热线弯曲及加热区域增厚等变形对成形精度的影响很小。(3)对不同的激光工艺参数、钢板几何参数和激光扫描路径条件下的船用钢板激光弯曲成形规律进行研究。激光工艺参数的影响可用能量密度以及吸收能量所用的时间来分析。在限定的温度条件下,弯曲角度随激光功率的增大而增大,随扫描速度和激光光斑的增大而减小。钢板的几何参数中对弯曲成形影响最大的是钢板厚度,弯曲角度随厚度的增大而减小。激光束沿相同扫描路径重复扫描的成形规律与激光工艺参数有关,沿不同扫描路径的弯曲角度受扫描路径间距影响很小。(4)基于经过实验验证的数值模拟结果,针对船用钢板激光弯曲成形过程的激光工艺参数和钢板厚度,运用改进的BP算法,建立了预测钢板激光弯曲成形角度的人工神经网络模型。采用训练后的模型进行激光弯曲成形角度和峰值温度的预测,得到了比较准确的预测结果。