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原文传递船体板冷压成形的残余应力研究

论文题名：	船体板冷压成形的残余应力研究
关键词：	船体板;冷压成形;数值模拟;残余应力;有限元模型
摘要：	实现自动化和数控化是国际造船模式的必然趋势，然而对于三维曲面船体板的加工，目前国内外船厂仍延用压力机与水火弯曲相结合的方式，该方式生产效率低且难以实现自动化。基于方形压头可调活络模具板材曲面成形技术的船体板三维曲面数控弯板机能实现船体板的冷压成形，可有效减少人力投入、提高生产效率，并促使船体板加工实现自动化和数控化。　　卸除外载后，由于弹性变形能的释放，板材将发生回弹，并残留冷成形残余应力。一方面，残余应力对结构承载性能有较大影响，在一定程度上可能降低服役构件的安全性和可靠性。另一方面，成形过程中的冷作硬化效应又会使材料的屈服强度提高。因此研究成形件残余应力预估方法、探讨残余应力分布规律，进而寻求合适的残余应力控制技术是评估该工艺方法下成形件力学性能的重要途径，也是数控弯板机及其产品得以推广、普及所必须解决的问题。　　本文以SKWB-400型数控弯板样机为原型，基于前人的研究成果，建立、完善了板材冷压成形有限元模型，确定了用于预估方形压头可调活络模具板材冷压成形残余应力的方法。　　以常见的柱面件、球面件和马鞍面件为研究对象，采用有限元方法模拟板材的加载成形和卸载回弹过程，并分析了一次成形后板材残余应力分布规律；以板厚和成形半径为变量，分析了残余应力峰值的变化规律，并将其与理论模型进行比较。研究表明：仿真模型对残余应力的预测效果良好；单曲度的柱面件成形过程与板材的纯弯曲变形过程类似；球面件和马鞍面件成形同为板材的三维弯曲成形问题，但由于板面内的弯曲方向不同，成形应力场与残余应力场分布情况也不相同；成形半径和板厚对冷压成形残余应力峰值影响显著，板厚一定时，残余应力峰值随成形半径的增大而减小；成形半径一定时，残余应力峰值随板厚的增大而增大。　　此外，根据活络模具模面快速可调的特点，本文将多点成形技术中的反复成形法应用于船体板冷压成形。仿真结果表明：反复成形技术对板材的回弹和残余应力控制效果良好。随着成形次数的增多，板材回弹量逐渐变小，成形形状逐渐收敛于目标形状；残余应力峰值也逐渐变小，且整体分布趋于均匀化。
作者：	林越
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	严仁军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文