船體曲面板冷成型中應(yīng)變分布及回彈研究.pdf

1、船體曲面板成型,是船舶建造過程中一項(xiàng)必不可少的工作。船體曲面板成型的實(shí)質(zhì)是將塑性變形產(chǎn)生的面內(nèi)變形和彎曲變形施加到初始板上,使其變形為目標(biāo)曲面形狀的過程。在船體曲面板成型過程設(shè)計(jì)時(shí),需要考慮兩方面的問題:第一,確定曲面在成型過程中合適的變形量,即需要給初始板施加多少變形量,才可得到目標(biāo)曲面形狀;第二,為了獲得這些變形量,需要什么樣的成型條件。初始板是加工成型前的板,可能是平板,也可能是具有單向曲率或雙向曲率的曲面板。
　　船體曲面

2、板成型方式有兩大類:線加熱成型和冷成型,對于船體曲面板冷成型,已知目標(biāo)曲面形狀,定量確定面內(nèi)變形和彎曲變形,是確定合適的加工路徑的前提條件。面內(nèi)應(yīng)變是沿板厚方向均勻分布的應(yīng)變,彎曲應(yīng)變是沿板厚方向按線性變化的應(yīng)變。面內(nèi)應(yīng)變和彎曲應(yīng)變分別與面內(nèi)變形和彎曲變形相對應(yīng),因此需要確定應(yīng)變分布與目標(biāo)曲面形狀的關(guān)系,以指導(dǎo)后續(xù)船體曲面板冷成型。
　　船體曲面板冷成型過程中,回彈是影響成型精度的主要因素,研究預(yù)估回彈的方法及回彈規(guī)律,進(jìn)而獲得合

3、適的回彈控制方式是提高成型質(zhì)量的重要途徑,也是船體曲面板成型過程中必須要解決的問題。
　　基于上述兩個(gè)問題,本文采用有限元方法模擬曲面板冷成型過程,對數(shù)值模擬過程的關(guān)鍵問題進(jìn)行分析,最終確定計(jì)算面內(nèi)應(yīng)變和彎曲應(yīng)變,以及適用于船體曲面板冷成型中回彈預(yù)估的數(shù)值模擬方法。本文的研究目的是獲得應(yīng)變分布與目標(biāo)曲面形狀及回彈之間的關(guān)系。
　　本文首先以旋轉(zhuǎn)殼的成型為例,包括球形殼和柱殼,將目標(biāo)曲面的形狀函數(shù)作為外載荷施加到初始板上,進(jìn)行

4、彈塑性計(jì)算,模擬曲面的成型過程。以板厚和目標(biāo)曲率作為變化參數(shù),分析應(yīng)變隨參數(shù)的變化規(guī)律,研究彈性應(yīng)變、塑性應(yīng)變、面內(nèi)應(yīng)變、彎曲應(yīng)變等應(yīng)變成分對成型的影響。
　　其次,本文以圓環(huán)形曲面作為研究對象,對于馬鞍形和枕形曲面,研究板的幾何尺寸、初始曲率和目標(biāo)曲率對應(yīng)變分布的影響,對于扭曲形曲面,分析板厚和扭曲度對應(yīng)變分布的影響。研究發(fā)現(xiàn),對于馬鞍形和枕形曲面成型,總應(yīng)變中的面內(nèi)應(yīng)變與長寬乘積成正比,與兩個(gè)方向的主曲率半徑乘積成反比,彎曲應(yīng)

5、變則主要決定于板厚和目標(biāo)主曲率半徑的比值。擬合應(yīng)變曲線,并插值得到其他目標(biāo)曲面的面內(nèi)應(yīng)變和彎曲應(yīng)變,與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果比較,經(jīng)過驗(yàn)證,利用擬合得到的應(yīng)變曲線可以有效獲得目標(biāo)曲面的應(yīng)變。
　　接下來,以有模法成型球形殼和柱殼,分析回彈隨板厚和目標(biāo)曲率的變化規(guī)律,以及曲面形狀對回彈的影響,得到的結(jié)論與用彈性應(yīng)變在總應(yīng)變中的比重分析回彈的結(jié)論一致。輥壓成型是成型單向曲率曲面的一種重要方式,采用有限元方法模擬板材的輥壓成型過程,在給定的工