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船体外板曲面热成型加工自动化关键技术研究
| 论文题名： | 船体外板曲面热成型加工自动化关键技术研究 |
| 关键词： | 船体外板曲面;热应力成型工艺;自动控制;有限元分析 |
| 摘要： | 热应力成型是加工板料的一种重要成型方法。目前高强度钢已广泛应用于船舶生产中但尚未有成熟的高强度钢热应力成型技术。没有成熟的工艺就无法完成大量钢板的加工任务，这项工艺已逐渐成为整个造船生产流程的瓶颈。因此，基于船体外板曲面热成型加工自动化关键技术研究有着非常现实的工程应用背景与意义。 就是在这样一个工程背景下，展开对高频感应弯板成型的研究。高频感应热应力成型是一个局部快速加热到高温，并随后快速冷却的过程。整个钢板的温度随时间和空间急剧变化，材料的物理性能参数也随温度剧烈变化。因此，高频感应温度场的分析属于典型的非线性瞬态热传导问题。因为高频感应温度场分布十分不均匀，在感应加热过程中和冷却后将产生相当大的应力和变形。高频感应应力和变形的计算中既有大应变、大变形等几何非线性问题又有弹塑性变形等材料非线性问题。为辅助课题的开展，在前人研究成果的基础上，通过理论分析和有限元数值模拟相结合的方法，模拟出了高频感应弯板成型过程。 研究的主要内容包括：（1）在计算过程中材料性能随温度变化而变化，属于材料非线性问题，提出了基于Jmatpro的高强度钢热物理性能研究。（2）在45号钢弯板成型有限元模型的基础上进行修改和优化，结合AH32号钢的热物理性能参数，得到了适用于AH32号钢的磁-热-结构多场耦合的有限元模型并验证了其模型的有效性。（3）基于AH32号钢的磁-热-结构多场耦合的有限元模型，在给定不同工艺参数（加热时间、板厚、电流强度、频率大小、冷却方式）的前提下，用此有限元模型预测 AH32号钢弯曲变形结果，分析结果对现实的生产工艺有一定的指导价值。（4）在曲面测量技术中，研究了基于三角网格模型的自适应测点生成算法，对测量路径优化问题进行了合理的描述。最后结合相应的理论方法，基于matlab对离散点进行逆向拟合得到相应的弯板曲面模型。 通过研究和算例验证，得到了可行的AH32号钢高频感应弯板温度场、应力场的模拟分析方法，为复杂高强度钢热应力成型结构进行高频感应弯板温度场、应力的分析提供了理论依据和指导，促进了有限元分析技术在热应力成型分析以及工程中的应用。 |
| 作者： | 莫一峰 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 周宏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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