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板材弯曲成形是船舶以及海洋平台建造过程中的重要环节之一。水火弯板技术是传统的实现板材弯曲成形的方法,该方法主要依靠工人师傅的经验,不仅效率低、成本高,且获得的产品已经很难满足精度制造的要求。由于感应加热具有污染少、热损少和易于自动控制等优点,将感应加热技术应用于实现板材弯曲成形成为了热门的研究课题。
本文采用试验与大量数值模拟计算相结合的方法,对应用感应加热技术实现板材弯曲成形进行研究,主要研究内容有:
(1)研究了横向弯曲角度与面外变形之间的关系,利用公式推导的方法,建立函数关系式,快速求解得到不同面外变形对应的横向弯曲角度,实现了使用弹性有限元计算预测板材弯曲成形形状。
(2)通过试验与数值模拟相结合的方法,研究感应加热工艺参数(热源移动速度)与横向弯曲角度之间的关系,建立热源移动速度与横向弯曲角度之间的经验公式,快速求解得到不同横向弯曲角度对应的热源移动速度。
(3)以单曲率板材为研究对象,以横向弯曲角度作为输入参数,进行弹性有限元分析,预测板材在高频感应加热作用下的弯曲成形形状,确定工艺规划参数,并进行热-弹-塑性有限元分析验证,比较有限元分析结果和目标曲线,发现误差较大,通多对热源移动速度添加修正系数的方法,确定修正后的热源移动速度作为新的工艺参数,验证后发现有限元计算的板材面外变形趋势与数值和目标曲线吻合较好。结果表明,使用弹性有限元分析预测板材在高频感应加热作用下的弯曲变形形状是可行的。
(4)在建立横向弯曲角度与面外变形之间的函数关系和感应加热工艺参数与横向弯曲角度之间的经验公式的基础上,验证了使用迭代二分法进行弹性有限元分析预测板材弯曲变形是可行的之后,针对典型的双曲率板材(帆形板和鞍形板),通过弹性有限元分析,预测板材在高频感应加热作用下的弯曲变形形状,给出相应的工艺规划参数,并对参数进行热-弹-塑性有限元分析验证,比较有限元分析结果和目标曲线,发现误差较大,通过对热源移动速度添加相互影响系数,确定新的热源移动速度作为工艺参数,验证后发现有限元计算的板材面外变形的趋势和数值与目标曲线吻合较好,证明该工艺参数是准确可行的。
(5)在以上研究基础上,以海洋平台的一块双曲率外板和散货船的一块双曲率外板为研究对象,使用弹性有限元分析方法预测板材的面外变形,计算结果与目标曲线吻合较好,确定对应的感应加热工艺参数作为工艺规划参数,指导船厂进行生产加工板材。
本文采用试验与大量数值模拟计算相结合的方法,对应用感应加热技术实现板材弯曲成形进行研究,主要研究内容有:
(1)研究了横向弯曲角度与面外变形之间的关系,利用公式推导的方法,建立函数关系式,快速求解得到不同面外变形对应的横向弯曲角度,实现了使用弹性有限元计算预测板材弯曲成形形状。
(2)通过试验与数值模拟相结合的方法,研究感应加热工艺参数(热源移动速度)与横向弯曲角度之间的关系,建立热源移动速度与横向弯曲角度之间的经验公式,快速求解得到不同横向弯曲角度对应的热源移动速度。
(3)以单曲率板材为研究对象,以横向弯曲角度作为输入参数,进行弹性有限元分析,预测板材在高频感应加热作用下的弯曲成形形状,确定工艺规划参数,并进行热-弹-塑性有限元分析验证,比较有限元分析结果和目标曲线,发现误差较大,通多对热源移动速度添加修正系数的方法,确定修正后的热源移动速度作为新的工艺参数,验证后发现有限元计算的板材面外变形趋势与数值和目标曲线吻合较好。结果表明,使用弹性有限元分析预测板材在高频感应加热作用下的弯曲变形形状是可行的。
(4)在建立横向弯曲角度与面外变形之间的函数关系和感应加热工艺参数与横向弯曲角度之间的经验公式的基础上,验证了使用迭代二分法进行弹性有限元分析预测板材弯曲变形是可行的之后,针对典型的双曲率板材(帆形板和鞍形板),通过弹性有限元分析,预测板材在高频感应加热作用下的弯曲变形形状,给出相应的工艺规划参数,并对参数进行热-弹-塑性有限元分析验证,比较有限元分析结果和目标曲线,发现误差较大,通过对热源移动速度添加相互影响系数,确定新的热源移动速度作为工艺参数,验证后发现有限元计算的板材面外变形的趋势和数值与目标曲线吻合较好,证明该工艺参数是准确可行的。
(5)在以上研究基础上,以海洋平台的一块双曲率外板和散货船的一块双曲率外板为研究对象,使用弹性有限元分析方法预测板材的面外变形,计算结果与目标曲线吻合较好,确定对应的感应加热工艺参数作为工艺规划参数,指导船厂进行生产加工板材。