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薄板火焰切割的力学响应及精度控制工艺研究
| 论文题名： | 薄板火焰切割的力学响应及精度控制工艺研究 |
| 关键词： | 船体建造;薄板火焰切割;力学响应;精度控制 |
| 摘要： | 结构轻量化是目前船体建造的主要方向之一，而高强钢薄板在其中扮演了十分重要的角色。切割工艺作为焊接生产必经的首道工序，切割的质量与效率将会直接影响船体建造的质量与效率。板材在切割过程中由于受热不均匀产生的残余应力和变形，会对后续的建造工艺特别是焊前装配精度造成严重影响，这点在薄板切割上体现尤为明显。 本文使用典型的热切割工艺—火焰切割，以Q550钢薄板为研究对象，采用试验与有限元数值模拟相结合的方法，通过添加辅助热源的方式对薄板火焰切割产生的面内和面外变形进行控制，主要研究有： （1）进行薄板切割试验，并用三坐标测量仪对切割后试样进行精确测量。通过基于大变形理论的热-弹-塑性计算再现薄板火焰切割的力学响应，数值模拟计算结果和试验测量结果吻合较为良好，验证了数值计算方法的正确性。 （2）通过添加辅助热源对薄板火焰切割产生的面外变形进行控制，研究辅助热源的位置及强度参数对变形控制的影响。计算结果表明，添加辅助热源可以很好地控制薄板火焰切割产生的面外变形，其变形最大可减小90%以上。 （3）通过在距割缝较远的板材另一侧添加辅助热源，从切割热源和辅助热源产生的弯曲力矩相互抵消的角度出发，通过调整辅助热源强度及加热位置实现了对薄板火焰切割产生的面内旋转变形的控制，其面内旋转变形最大可以减少70%以上。 （4）从减小火焰切割产生面内收缩力从而减小切割面内弯曲力矩的角度，添加辅助热源控制火焰切割面内旋转变形是有效的，这和控制火焰切割面外变形是同步进行的，相当于实现了单一辅助热源对火焰切割面外和面内变形的总体控制。 （5）在分别实现辅助热源对薄板火焰切割面外变形及面内旋转变形良好控制的基础上，添加两道辅助热源，并对辅助热源参数进行组合；在两道辅助热源保证一定距离的情况下，可以实现薄板火焰切割面外和面内变形的总体控制。 |
| 作者： | 杨洋 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 王江超;刘勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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