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原文传递船体曲面板冷成型中应变分布及回弹研究

论文题名：	船体曲面板冷成型中应变分布及回弹研究
关键词：	船体曲面板;冷成型;应变分布;回弹方法;数值模拟
摘要：	船体曲面板成型,是船舶建造过程中一项必不可少的工作。船体曲面板成型的实质是将塑性变形产生的面内变形和弯曲变形施加到初始板上,使其变形为目标曲面形状的过程。在船体曲面板成型过程设计时,需要考虑两方面的问题:第一,确定曲面在成型过程中合适的变形量,即需要给初始板施加多少变形量,才可得到目标曲面形状;第二,为了获得这些变形量,需要什么样的成型条件。初始板是加工成型前的板,可能是平板,也可能是具有单向曲率或双向曲率的曲面板。　　船体曲面板成型方式有两大类:线加热成型和冷成型,对于船体曲面板冷成型,已知目标曲面形状,定量确定面内变形和弯曲变形,是确定合适的加工路径的前提条件。面内应变是沿板厚方向均匀分布的应变,弯曲应变是沿板厚方向按线性变化的应变。面内应变和弯曲应变分别与面内变形和弯曲变形相对应,因此需要确定应变分布与目标曲面形状的关系,以指导后续船体曲面板冷成型。　　船体曲面板冷成型过程中,回弹是影响成型精度的主要因素,研究预估回弹的方法及回弹规律,进而获得合适的回弹控制方式是提高成型质量的重要途径,也是船体曲面板成型过程中必须要解决的问题。　　基于上述两个问题,本文采用有限元方法模拟曲面板冷成型过程,对数值模拟过程的关键问题进行分析,最终确定计算面内应变和弯曲应变,以及适用于船体曲面板冷成型中回弹预估的数值模拟方法。本文的研究目的是获得应变分布与目标曲面形状及回弹之间的关系。　　本文首先以旋转壳的成型为例,包括球形壳和柱壳,将目标曲面的形状函数作为外载荷施加到初始板上,进行弹塑性计算,模拟曲面的成型过程。以板厚和目标曲率作为变化参数,分析应变随参数的变化规律,研究弹性应变、塑性应变、面内应变、弯曲应变等应变成分对成型的影响。　　其次,本文以圆环形曲面作为研究对象,对于马鞍形和枕形曲面,研究板的几何尺寸、初始曲率和目标曲率对应变分布的影响,对于扭曲形曲面,分析板厚和扭曲度对应变分布的影响。研究发现,对于马鞍形和枕形曲面成型,总应变中的面内应变与长宽乘积成正比,与两个方向的主曲率半径乘积成反比,弯曲应变则主要决定于板厚和目标主曲率半径的比值。拟合应变曲线,并插值得到其他目标曲面的面内应变和弯曲应变,与数值模拟计算结果比较,经过验证,利用拟合得到的应变曲线可以有效获得目标曲面的应变。　　接下来,以有模法成型球形壳和柱壳,分析回弹随板厚和目标曲率的变化规律,以及曲面形状对回弹的影响,得到的结论与用弹性应变在总应变中的比重分析回弹的结论一致。辊压成型是成型单向曲率曲面的一种重要方式,采用有限元方法模拟板材的辊压成型过程,在给定的工艺条件下,确定板材回弹后的最终曲率半径,进而指导实际的板材辊压成型。
作者：	杨燕琴
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	赵耀
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文