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原文传递船用高强钢复杂曲板线加热成形机理研究

论文题名：	船用高强钢复杂曲板线加热成形机理研究
关键词：	船用高强钢复杂曲板;线加热成形;数值计算;多加热线
摘要：	在船舶建造过程中，为保证船体强度、承受外部水压、抵抗波浪冲击，船体外板对板材的强度要求较高。高强钢具有很高的屈服强度和抗拉强度。在满足安全性的前提下，可减小钢板厚度，从而达到减轻重量、减少能源消耗的目的。因此，高强钢在船舶建造中的应用越来越广泛。船舶建造一般包括生产设计、钢板切割、弯曲成形、装配焊接、舾装和涂装等工艺流程[1]。船舶复杂曲板成形是船舶制造的重要环节。水火弯板（又称线加热成形）作为双曲率外板的主要加工方式，当前仍以人工加工为主，自动化程度低。当前线加热成形工艺对工人操作经验依赖程度极高，导致曲板成形加工效率不高、成形质量难以保障。　　现有船舶外板线加热成形研究多集中于板材材料为低碳钢，对高强钢的关注度不足。针对高强钢线加热成形的研究较少，对比低碳钢复杂曲板线加热成形参数预报研究可知，欲实现船用高强钢复杂曲板线加热参数预报则需先针对高强钢线加热成形机理进行研究。本文研究工作分为以下几个方面：　　（1）船用高强钢复杂曲板线加热成形数值计算研究　　基于热弹塑性理论，建立考虑局部变形和整体变形的高强钢双曲度外板线加热成形数值仿真模型。结合高强钢材料性能参数与曲板线加热成形工艺特点得到适用于高强钢数值计算的热边界条件，建立高强钢线加热成形的数值计算模型。得到温度场、变形场的时间历程以及分布规律，通过与低碳钢数值仿真结果对比，验证该仿真模型模拟高强钢线加热成形的合理性。为解决单加热线加热成形效率低的问题，在单加热线数值模拟模型的基础上研究高强钢多加热线曲板成形的数值计算方法，建立高强钢多加热线曲板成形数值计算模型。　　（2）高强钢线加热挠度变形影响因素分析和规律研究　　为解决高强钢成形难题，指导工艺参数的选取，分析高强钢线加热成形影响因素，研究高强钢线加热成形挠度变形影响规律。得到加热速度、加热线长、加热线位置、加热线间距、板长、板宽、曲率半径、板厚对高强钢线加热成形变形的影响规律。建立了挠度与影响因素之间关系的多元回归模型。揭示了多加热线相互作用下挠度叠加误差的规律。为预测多加热线联合作用下的挠度，基于面积形心法对单条加热线叠加后的挠度分布曲线进行了修正。　　（3）面向高效成形的考虑多加热线曲板自动化成形装备设计与分析　　为解决单加热线加工高强钢复杂曲板时加工程序繁琐、成形效率较低的问题，设计考虑多加热线的线加热成形装备。根据线加热成形实际加工特点，结合高强钢材料性能参数，提出考虑多加热线的线加热成形装备的设计要求。确定装备的主要结构尺寸参数，建立成形装备三维模型，完成了成形装备的结构设计。通过装备结构静力学分析以及结构模态分析对装备进行结构优化，装备结构强度、刚度满足要求。
作者：	李晨骁
专业：	船舶与海洋工程
导师：	王顺
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2022