船体外板多点对压成形回弹控制模拟研究

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1、船体外板多点对压成形回弹控制模拟研究NumericalSimulationStudyontheSpringbackControlofMulti-PointFormingforCurvedHullPlate作者姓名：陈亚东专业名称：材料加工工程指导教师：刘纯国教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月31日摘要论文题目：船体外板多点对压成形回弹控制模拟研究近年来，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

2、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

3、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

4、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，

5、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，I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IIAbstractTitleofTheme:NumericalSimulationStudyontheSpringbackControlofMulti-PointFormingforCurvedHullPlateInrece

6、ntyears,thedevelopmentofmanufacturingtechnologyofshippingistowardsthedirectiongitizationandautomation,buttraditionalline-heatformingisstillthegeneralwayforcurvedhullplateforminginshipyards.Becauseofheavylaborintensityandlowproductionefficiency,line-heatforming

7、hasseriouslyimpededtherapiddevelopmentofshipbuildingindustry.Asanewflexibleformingtechnology,multi-pointforming(MPF)willimproveformingprecisionandreduceproductioncycle,whichhasabroadprospectofapplicationinthefieldofshipbuilding.MPFofcurvedhullplateisatroomtemp

8、erature,springbackofthepartislargeafterunloading.Fordifferentmaterials,thicknessesandgeometricalshapes,thespringbackvaries,whichhasagreatinfluenceonformingprecision.Takefulladvanta