船体外板多点对压成形回弹控制模拟研究

发布时间：2017-09-04 10:40

  本文关键词：船体外板多点对压成形回弹控制模拟研究

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【摘要】：近年来，船舶制造技术向数字化、自动化方向发展，但是在加工船体曲面外板时，仍然主要采用水火弯板法成形，生产效率低、劳动强度大，严重制约了造船业的快速发展。多点成形是一种新型的金属板材柔性加工技术，应用在曲面船体外板成形中，不仅能够提高船板的成形精度，还可以缩短生产周期，在船舶制造领域有广阔的应用前景。 曲面船板多点成形是在室温下的对压成形，卸载后零件回弹大。而且不同材料、不同厚度、不同几何形状的曲面零件回弹各不相同，回弹对船体曲面外板的成形精度有很大的影响。充分利用多点模具可以快速调整的特点，根据卸载后的回弹量调整多点压机上、下模具包络面的形状，可以有效地控制回弹。本文针对曲面船板多点成形，用有限元方法研究如何计算回弹补偿量，从而减少、甚至消除回弹对曲面船板成形精度的影响。 首先在三维造型软件中建立适用于任意船板形状的多点上下基本体群模型，使用有限元方法模拟船板多点对压成形和卸载回弹过程。并对比分析了使用固定曲率冲头和摆动冲头的多点对压成形的成形效果，结果表明摆动冲头能有效的消除船板表面压痕缺陷，使船板表面受力更均匀。 对于单曲率曲面件，沿着曲率变化方向将表征曲面件形状的曲线离散，离散点之间的弧为离散微元，根据应力、应变、板厚、弹性模量、目标曲率等参数，推导了回弹前后曲率关系的计算公式，将目标曲面离散微元的曲率作为回弹后曲率，根据此计算公式求出离散微元回弹前曲率。采用曲线插值法求出回弹前离散点的坐标值，使用非均匀有理B样条法把离散点拟合成连续的曲线，利用此曲线生成多点模具成形包络面，使用数值模拟方法验证该方法的有效性。对于三维形状的曲面件，使用点云来表征曲面件的形状，将目标曲面作为成形包络面，进行多点对压、卸载回弹的数值模拟，得到表征成形后曲面的点云数据，结合连线修正法和法向修正法，提出一种多点包络面修正法，利用此方法对目标曲面点云数据和成形后曲面点云数据进行计算，，得到多点成形包络面的点云数据，即为多点对压成形的成形包络面，使用数值模拟方法验证该方法的有效性。将多点包络面修正法应用到回弹闭环修正中，根据拉格朗日插值原理，通过n次拉格朗日插值公式求出修正因子，修正因子与多点包络面修正法中的补偿距离相乘，求出多点对压成形的成形包络面，利用此包络面进行多点对压成形，使用数值模拟方法验证了以上方法的有效性，为提高船板多点成形质量提供了理论依据。
【关键词】：船体外板 多点对压成形 数值模拟 回弹控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG306
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 引言12
• 1.2 船体曲面外板成形方法简述12-15
• 1.2.1 船体曲面外板常用成形方法12-14
• 1.2.2 船体外板多点成形14-15
• 1.3 板材成形回弹研究现状15-17
• 1.3.1 板材成形回弹数值模拟的发展15-16
• 1.3.2 板材成形控制回弹的方法16-17
• 1.3.3 多点对压成形回弹研究现状17
• 1.4 选题意义及研究内容17-20
• 第二章 多点对压成形及回弹数值模拟研究20-38
• 2.1 引言20
• 2.2 船体外板多点对压成形工艺特点20-21
• 2.3 多点对压过程建模及结果分析21-30
• 2.3.1 摆动冲头模型的建立21-24
• 2.3.2 多点对压有限元模型的建立24-26
• 2.3.3 模拟结果的分析26-30
• 2.4 回弹模拟及分析30-33
• 2.4.1 回弹过程有限元模型的建立30-31
• 2.4.2 回弹的表现形式31-32
• 2.4.3 模拟结果的分析32-33
• 2.5 船板回弹的影响因素33-37
• 2.5.1 船板力学性能对回弹的影响33-35
• 2.5.2 船板厚度对回弹的影响35-36
• 2.5.3 成形半径对回弹的影响36-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 单曲率曲面船板的回弹控制研究38-52
• 3.1 引言38
• 3.2 单曲率船体外板曲面回弹控制的研究38-48
• 3.2.1 板材弯曲基本假设38-40
• 3.2.2 弯矩—曲率建模40-43
• 3.2.3 离散点重构计算43-45
• 3.2.4 非均匀有理 B 样条法拟合曲线原理45-46
• 3.2.5 基于曲率的回弹控制多点包络面求解46-48
• 3.3 计算实例48-50
• 3.4 小结50-52
• 第四章 双曲率曲面船板的回弹控制研究52-70
• 4.1 引言52
• 4.2 模面几何修正方法52-57
• 4.2.1 几何节点位移修正法52-53
• 4.2.2 模面修正变形函数法53-55
• 4.2.3 现有模面修正方法存在的问题55-57
• 4.3 多点包络面几何修正方向的研究57-63
• 4.3.1 几何修正方向分析57-59
• 4.3.2 曲面节点的获取和处理59
• 4.3.3 三种修正方法的研究59-62
• 4.3.4 多点包络面修正法的研究62-63
• 4.4 计算实例63-68
• 4.5 小结68-70
• 第五章 多点包络面修正法在回弹闭环修正中的应用70-82
• 5.1 引言70
• 5.2 多点闭环成形原理70-71
• 5.3 多点包络面修正法在回弹闭环修正中的应用71-77
• 5.3.1 多点包络面修正法在回弹闭环修正中的应用原理71-72
• 5.3.2 补偿因子的确定72-77
• 5.4 计算实例77-79
• 5.5 小结79-82
• 第六章 结论82-84
• 参考文献84-90
• 攻读硕士期间取得的成果90-92
• 致谢92

【参考文献】

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本文编号：791048