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原文传递板条在多压头作用下塑性成形及回弹研究

论文题名：	板条在多压头作用下塑性成形及回弹研究
关键词：	船舶三维数控弯板机;板条;多压头作用;成形过程;回弹补偿算法
摘要：	船舶三维数控弯板机的研制是船舶与海洋结构物制造领域的一项重要突破，极大地提升了船体外板建造过程的智能化水平。该弯板机可灵活调整压头高度，设置不同模具形状，降低船舶板材非批量生产的经济成本；尽管非对压排列的压头克服了板材的压痕和折皱问题，但板材的回弹仍是弯板机成形过程中不可忽略的重要问题。本文将以船舶三维数控弯板机SKWB-400作为实验主要设备，通过实验方法研究不同材料板条和板材在多压头作用下的成形过程及回弹情况；同时，从理论上还原板条的成形过程，揭示其成形机理并预测回弹情况。除此之外，探讨板条在多压头成形方式下的回弹补偿算法，实现板条的一次性或少次数成形。本文的主要内容和成果如下：　　（1）建立了板条在多压头作用下的成形回弹实验数据库，为板条在多压头作用下的成形及回弹的理论分析提供了有效的验证依据。采用实验方法研究了不同材料板条在多压头作用下的成形及回弹情况，定性探讨了不同参数对板条回弹的影响。研究表明，随着板条成形曲率和板厚的增大，板条的塑性应变所占比例越大，卸载后的回弹程度越小；相反，材料屈服应力的增大或应变特性的增强都会使得回弹程度增大。对于各向异性的板条，不同切割方向的板条材料特性各异，从而进一步影响回弹。成形方式也是决定板条回弹量的一个重要因素，相比于同等成形工况的凸形成形，凹形成形在整个成形过程中所能达到的变形曲率更大，卸载后的板条回弹量更小。　　（2）建立了板条在多压头法向跟随载荷作用下的凸形成形及回弹简化理论模型，并根据不同材料板条在成形过程中的材料特性，推导了理想弹塑性板条、理想-Swift硬化板条、理想-线性硬化板条在多压头作用下的凸形成形及回弹公式，揭示了板条在多压头作用下的凸形成形及回弹机理。从理论上解释了材料特性、切割方向、板条厚度、板条成形曲率和临界长度对板条在多压头作用下的凸形成形及回弹的影响规律，为后续的板条在多压头凸形成形中的回弹控制和补偿提出了指导性建议。　　（3）建立了板条在多压头法向跟随载荷作用下的凹形成形简化理论模型，推导了理想弹塑性板条在多压头作用下的凹形成形及回弹公式，揭示了板条在多压头作用下的凹形成形及回弹机理，从理论上解释了成形方式（凸形或凹形）和摩擦系数对板条在多压头作用下的凹形成形及回弹的影响规律，可指导后续的板条在多压头凹形成形中的回弹控制和回弹补偿。　　（4）开展了钢、铝合金和钛合金方板在多压头作用下的双向曲度塑性成形实验，为板材在多压头作用下的双向曲度塑性成形及回弹的理论分析提供有效的验证依据。分析了三种板材的成形及回弹影响规律及其原因，并与相同材料的板条在多压头作用下的单向曲度塑性成形实验结果对比。结果表明，板材双向曲度弯曲成形的回弹量明显小于板条（板材）的单向曲度弯曲成形回弹量；越先发生合模的板材部分，回弹量越小；各向异性材料板材的材料性质也会使得板材双向曲度成形的回弹规律与单向曲度差异较大。　　（5）提出了适用于板条在多压头法向跟随载荷作用下的板条回弹补偿算法，嵌入板条成形及回弹预测理论模型中，可预估给定目标形状下板条在多压头成形作用下的模具形状，实现板条的一次性或少次数高精度成形。　　本文通过揭示板条在多压头法向跟随载荷作用下的成形及回弹机理，为板条的回弹预测及回弹补偿提供了理论基础，具有重要的学术意义。另外，基于该理论模型开发的一系列C++程序可方便嵌入商业软件及已有的在多压头加工软件对其进行优化，具有广阔的工程应用前景。
作者：	梁棋钰
专业：	船舶与海洋工程
导师：	朱凌
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2020