船体曲率板感应加热成形工艺研究

[目的]在船舶建造过程中,板材的弯曲成形工艺不仅影响建造成本及周期,而且其成形精度也会影响船舶的水动力性能及其运营成本。[方法]针对船体板材双曲率成形效率低且精度差等问题,首先以感应加热作为热源,实现热弯成形,得到典型的帆形曲率板;然后通过高效的热?弹?塑性有限元(TEP FE)计算及基于弯曲力矩的弹性有限元计算,再现板材双曲率热弯成形的力学响应;同时,研究感应加热过程工艺参数影响板材弯曲成形的力学机理,提出线性逼近迭代二分法,实现板材热弯成形中加热位置和热源移动速度等工艺规划,并进行板材热弯成形过程及参数的有限元计算验证。[结果]结果显示,采用基于规划的工艺参数计算分析所得面外弯曲变形与目标曲率板的弯曲形状相当吻合。[结论]研究结果验证了线性逼近迭代二分法在实际工程应用中的可行性和准确性,并为曲率板成形工艺的优化提供了新的解决方案。     

船体板成形后曲率与三辊弯板机中心辊进给量的关系

本文运用弹塑性理论对船舶壳体板(简称船体板)在对称式三辊弯板机中发生弹塑性弯曲时的受力及变形作了系统的分析及研究,提出一组可按照板厚度、板材料弹性模量、板材料屈服极限及成形后船体板应具有的曲率等参数确定中心辊进给量及施加力的理论计算公式。     

板材滚弯时上辊下降值与成形曲率间关系的理论分析

本文对板材在三辊弯板机上的滚弯成形进行了分析，建立和求解了板才滚弯成形时的挠曲线。结合板与辊相互间的几何关系，运用弹塑性理论确立了辊下降值与成形曲率之间的理论关系。     

船体外板多点数字化成形技术研究

船体外板曲面大都是由复杂的不可展空间曲面构成的,其弯曲成形目前仍靠手工完成,成为了船体建造数字化的瓶颈之一。为了实现船体外板的数字化加工,根据船体外板成形的技术要求,提出了将目前迅速发展的多点数字化成形技术应用于船体外板成形的技术方案,通过实验证明：多点成形技术可较好地完成船体外板的数字化成形,经过精度检验可以用于船体外板的成形加工。     

三辊弯板机自动控制数学模型的探讨

本文根据实验所得到的三辊弯板机上板材成形半径R与中间辊位移置d的变化规律，提出了一种新的板材成形自动控制的数学模型，即用在线测量逐次滚弯成形过程中的R与d，并适时建立该加工系统的R－d滚弯成形曲线，然后用此R－d曲线预报最终成形半径Rn所需的中间辊位移量dn。     

基于高频感应加热的船用钢板材弯曲成形

在船舶建造过程中,高频感应加热是实现船体板材高效高精度弯曲成形的重要方法。首先采用25 kW新型高频感应加热设备,进行不同感应加热过程及工艺的试验,得到典型弯曲形式的船体外板(马鞍型和帆型)。同时,采用三坐标定位仪进行面外弯曲变形的测量和曲面重构,得到试验板材面外弯曲变形的分布和数值。通过热-弹-塑性有限元分析与弹性有限元分析两种方法,计算预测板材在高频感应加热作用下的面外弯曲变形,两种数值方法预测的板材面外弯曲变形趋势和数值与测量结果比较吻合,且在弹性有限元分析中,计算机资源消耗少,计算结果精度高。     

基于高频感应加热的船用钢板材弯曲成形

在船舶建造过程中,高频感应加热是实现船体板材高效高精度弯曲成形的重要方法。本文首先采用25KW新型高频感应加热设备,进行不同感应加热过程及工艺的实验,得到典型弯曲形式的船体外板（马鞍型和帆型）。同时,采用三坐标定位仪进行面外弯曲变形的测量和曲面重构,得到实验板材面外弯曲变形的分布和数值。通过热-弹-塑性有限元分析与弹性有限元分析两种方法,计算预测板材在高频感应加热作用下的面外弯曲变形;两种数值方法预测的板材面外弯曲变形趋势和数值与测量结果比较吻合,且在弹性有限元分析中,计算机资源消耗少,计算结果精度高。     

船舶压力容器板冷态一次滚弯成形力学手段的研究

本文运用弹塑性力学理论对船舶压力容器板在对称三辊弯板机中发生冷态弹塑性弯曲时的受力及变形作了系统的分析及研究,提出一组确定中心辊进给量及施加力的理论计算公式。按此进给量工作,可使容器板一次弯曲成形。     

线加热实现枕型船体外板成形的弹性有限元分析

基于固有变形理论和弹性有限元分析,以氧-乙炔火焰加热的固有变形为输入参数,应用弹性有限元分析预测船体板材的面外变形;对比两种不同加热模式下板材受热弯曲成形的效率。研究分析表明,弹性有限元分析可高效地预测板材成形的效果,且从边缘到边缘的平行线加热模式,更有利于板材的弯曲成形。     

海洋平台曲板冷弯压制成形的数值分析及工艺规划

为避免加热弯曲成形中温度变化对板材力学性能的影响,曲板成形时经常采用冷弯成形工艺,而冷弯成形时的回弹问题,严重制约其弯曲成形的精度和效率.基于动态显式求解的有限元分析,研究双曲率鞍形板和帆形板的冷弯压制成形工艺及其回弹量,给出不同类型曲率板压制成形的压模挠度经验公式.同时,针对拆解平台大弧板冷弯压制成形精度较差的问题,分析异种曲率板的压制成形机理,提出了修正的压模挠度,极大地提高大弧板的压制成形精度.     

一种双向曲率板成型应变分布的力学计算方法

在双向曲率板线加热成型及滚压成型的工艺设计研究中,一项十分重要的工作就是依据所需目标形状计算应变分布并以此确定加工路径和工艺参数,因此应变分布计算的精度直接影响到加工路径和工艺参数的准确性.本文介绍了一种基于力学方法的应变分布计算方法,首先对平板施加节点位移场进行弹塑性计算,由于存在回弹现象,需对节点位移场进行反变形修正,本文将得到的形状与目标进行对比后,再利用两者偏差对位移场进行迭代修正,直到两者偏差满足精度要求,最后将得到的应变场以初应变的形式输入到平板模型上,用初应变法的结果对应变的计算方法进行验证,证明该方法的精度,为后续加工路径和工艺参数的准确确定提供基础.     

水火弯板局部收缩和整体变形的理论分析

简述水火弯板成形原理，分析了曲板局收缩与整体成形关系确定的重要性，应用分段圆弧样条函数拟合曲板的辊轧线。推导了两种典型双向曲度板和扭曲板的整体成形所需局部收缩量的计算公式，给出两个实船板算例，讨论误差产生的原因，提出了下一步研究内容。     

Design of convex hull plate forming by pure line heating

This paper presents a ship-hull plate forming way by pure line heating. The heating lines forming the required bending angle is determined by curvature analysis method. Heating along the calculated heating lines results in bland plate with initial transverse curvature. Then, the plate with desired convex shape can be obtained by heating in the longitudinal edge. This is the whole forming process by pure line heating. This paper presents a method of plane development for ship-hull plate with B-spline surface representation, and provides the shrinkage heating lines in the forming process. This forming way would facilitate temperature control and make plate forming automatically easy.     

船体外板鞍形板自重成型的数学模型

应用弹性力学壳体理论分析和ANSYS软件数值模拟,对船体鞍形外板在自重作用下引起的变形进行计算,在此基础上应用逐步回归方法建立了鞍形板自重成型的数学模型.     

船体外板加工成型自动检测方法研究

应用水火弯板智能机器人测量加工后的钢板表面数据,采用Ferguson曲面模拟钢板曲面;借助参数样条曲线、空间坐标转换及误差分析理论,分别对加工后的钢板横向和纵向成型,及扭曲进行计算,以判别船体曲面外板成型状态,并提供未成型钢板二次加工所需的补火位置及补火量等信息.算例表明,该方法可对加工后的钢板成型情况作出符合工程要求的判别.     

船舶三维数控弯板机成形回弹控制的逐步逼近弯曲法研究

文章依据板材成形理论与实验规律,提出了船板冷压成形的逐步逼近弯曲法,较好地解决了多压头船舶三维数控弯板机板材成形的回弹问题。船板塑性成形加工过程中,采用在线实时测取回弹量来调整可重构模具曲面,实现了船板弯曲回弹问题的实时在线解决。一般逼近2～3次,即可满足加工精度要求,简单而有效地解决了三维曲面船板塑性成形的复杂回弹难题。     

板材成形回弹的数值仿真方法研究

结合板材成形和回弹过程的特点,采用显式-隐式算法模拟板材成形和回弹过程,并对数值模拟中的关键问题进行分析.利用显式-隐式算法,对板材辊弯成形和回弹过程进行模拟,得到整个过程中任一时刻板上的应力分布、板材的回弹量及最终变形状态.     

船体曲形外板成形加工的无模检验

船体曲板构件的成形检验大多采用效率较低,材耗大,手工测量为主的样板/样箱进行实体靠模检测。文章提出了一种基于GPS技术和光电原理综合运用的船体曲板成形加工的无模检验方法,该方法通过特定装置对加工成形后的船体曲板上纵、横向检测点进行空间定位和测量,并采用Matlab编程实现测量数据的自动化分析与处理, 既可用于船舶三维数控弯板机的加工检测,也可用于其他方法加工船体曲板的加工检测。     

复杂曲面船体外板非对压多压头成形技术

文章阐述了船体外板加工的现状,介绍了多点成形技术的原理及在国内外的发展,同时在分析多点成形技术的优缺点的基础上提出了新的板材成形技术即非对压多压头冲压成形技术.结合成形过程系统地研究了这种新成形技术的抑制成形板材压痕、皱折的原理.并利用自主研制开发的弯板实验样机对不同厚度的板材进行成形实验并对实验结果进行了分析,验证了其有效性.