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原文传递基于船体外板挠度变形的水火弯板工艺参数预报研究

论文题名：	基于船体外板挠度变形的水火弯板工艺参数预报研究
关键词：	船舶建造;水火弯板;挠度变形;工艺参数
摘要：	船舶建造流水线中放样、号料、钢板预处理、切割及焊接均已实现自动化，而船舶曲板成形加工已成为制约船舶建造的瓶颈。在造船业有大量的船舶复杂曲面外板需要成形加工，成形加工的效率和精度是船舶双曲度钢板加工的难题。在“中国制造2025”和“智能制造”的大背景下，尽快实现船舶曲面外板成形自动化显得尤为迫切。水火弯板是一种船舶复杂双曲面外板成形的主要方法，目前船厂主要依赖有经验的工人手工操作，存在加工效率不高、成形质量波动大等缺点。工艺参数预报是实现水火弯板自动化加工的关键，为此国内外学者和专家已开展了大量研究工作。传统研究思路是展开设计曲面求得局部变形，然后通过实验与数值计算相结合的方法研究工艺参数和局部变形之间的关系并建立相应的模型，基于展开结果和数学模型研究预报工艺参数预报方法。传统研究方法中仅考虑了外板局部收缩变形而忽略了整体挠度变形，对厚板和大曲率板的计算误差较大。　　为了改进只考虑局部变形造成厚板和大曲率板误差大的不足，在局部变形的基础上以挠度的形式考虑整体变形，避开复杂不可展曲板的展开计算。论文所做的研究工作可分为以下几个方面。　　(1)基于船体外板挠度变形的水火弯板数值模拟研究　　为改进基于曲面展开的预报方法用于厚板和大曲率板工艺参数预报误差大的不足，研究考虑船体外板挠度变形的水火弯板数值计算方法。结合船舶曲板加工实际特点建立考虑船体外板挠度变形的有限元模型。不同于以往的简支约束，采用了钢板端部的单向弹性支撑，使得数值模型用于计算挠度变形更贴近实际。设计了验证实验，分别用红外热像仪、数显游标卡尺和位移传感器测量温度场、局部变形和挠度变形，实时监测水火弯板全过程的温度场和变形场数据。将数值模拟和实验对比验证了数值计算模型的可靠性。提高了水火弯板数值模型计算挠度变形的精度，为研究船体外板挠度变形和局部变形之间的关系奠定基础。　　(2)船体外板挠度变形和局部变形之间关系的数学模型研究　　分析水火弯板挠度变形的影响因素，研究了挠度变形的影响规律。在局部变形影响因素的基础上增加了板长、板宽、曲率半径、加热线位置等影响挠度变形的重要因素。研究了水火弯板的成形效率，给出了不同板厚下的最佳加热速度。为建立船体外板的挠度变形和局部变形之间的联系，提出了挠度影响数的概念，即挠度和局部收缩量的比值。构建了挠度影响数的网格数据库，可根据板件基本参数和工艺参数计算挠度影响数。通过算例验证了挠度影响数数学模型的可靠性。为管理实验板和实船板的测量数据，设计开发了曲面参数数据和工艺参数之间映射关系的专家知识库，为水火弯板工艺参数预报提供数据支撑。　　(3)基于船体外板挠度变形的水火弯板工艺参数预报方法研究　　结合船舶复杂曲板水火加工的实际特点，分析了水火弯板优化算法的优化目标和约束条件，提出了基于挠度变形的水火弯板预报方法。基于VB.NET平台开发了水火弯板工艺参数预报软件，软件设置了和常用的辅助船舶设计建造软件Tribon的接口。将预报软件用于实船板的工艺参数预报，通过和基于经验的工艺参数对比，验证了预报算法的可靠性。为避免因型值点数据少而导致曲面计算误差大，研究曲面型值点数据的插补计算方法。为了将曲面的样板检测结果直接用于二次加工工艺参数预报，分析了船体曲板成形检测的基本原理，研究了待检测曲面的测量和表达方法，进而提出了将曲板检测结果直接用于二次加工工艺参数预报的优化方法。
作者：	王顺
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	刘玉君;汪骥
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文