《船體複雜曲面板電磁力輔助線加熱成形方法基礎研究》是依託大連理工大學,由汪驥擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：船體複雜曲面板電磁力輔助線加熱成形方法基礎研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：汪驥
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目提出了在鋼板線加熱過程中，同時通過電磁線圈在加熱區域產生一定的電磁力，使鋼板線上加熱、冷卻過程中自身產生的內應力和電磁外力共同作用下成形的新方法，不僅能提高成形加工的效率和成形精度，而且能有效保護鋼板材質，尤其適合中厚鋼板和高強度鋼板的無模熱成形加工。本項目從電磁力和熱應力耦合變形機理研究入手，系統地研究電磁力和熱應力耦合作用下鋼板的變形回響，建立成形載荷和動態變形求解模型，同時通過分析電-磁-熱耦合條件下的電磁力特性開展實驗研究，為開展該方法的理論研究和實驗研究奠定基礎。在此基礎上，採用數值模擬和實驗相結合的方法研究電磁力輔助線加熱成形變形規律和工藝參數最佳化方法，建立三維複雜船體曲面板的加熱線布置算法和工藝參數規劃策略，為建立基於該方法的鋼板自動化加工系統奠定理論和技術基礎。
結題摘要
目前，船體複雜曲面成形主要採用線加熱成形工藝，其優點是操作方法簡單、對設備要求低及成本較低等，但是，也存在成形規律不易掌握，特別是厚板和大曲率板需要反覆加工，其加工效率和成形精度較低等問題。尤其對於高強鋼板，當加工溫度較高后材質會發生變化甚至產生裂紋，但溫度較低又無法產生所需的變形，導致鋼板的加工溫度和成形之間存在矛盾。因此，本項目提出了利用電磁力輔助水火彎板成形工藝，即在水火彎板過程中利用電磁力輔助鋼板成形。由於電磁能量易於控制，所以這種新工藝可以提高鋼板的成形效率和成形精度。本項目採用數值仿真手段，從電磁力和熱應力耦合變形機理研究入手，系統地研究電磁力和熱應力耦合作用下鋼板的變形回響，解決了電-磁-熱-結構多物理場耦合方法的分析、三維有限元模型的建立及熱邊界條件的處理等關鍵技術；針對電磁力對鋼板成形的輔助效果與鋼板溫度之間的關係進行了最佳化分析，並找出了使電磁力輔助作用最佳的溫度範圍；研究了電路參數如脈衝電流的幅值和頻率、電磁線圈的形式等對於電磁力輔助效果的影響規律。在上述基礎上，設計了電磁力輔助水火彎板成形工藝的主要參數，包括詳細的水火彎板加熱參數和最佳的電路參數。 根據數值仿真對電-磁耦合條件下的電磁場集膚效應規律、磁場和磁場力分布特性、電磁力時空特性等研究的結果，確定了線圈形式和電磁力輔助鋼板線加熱成形裝置電路的設計參數，完成了充電電路、放點電路和控制電路設計，並刻制了所有電路的PCB電路板，電路組裝測試結果表明：（1）可輸出穩定脈衝信號並最大可以實現14HZ-96Hz的範圍可調；（2）在不改變頻率的情況下可以實現獨立改變占空比,可以實現占空比為10%~50%的調節即可以實現衝擊頻率的調節；（3）當控制信號流入時，可控矽觸發的輸出信號，與信號發生電路的輸出信號保持時序關係，電壓達到電源電壓，工作良好。在此基礎上，完成了電磁力輔助水火彎板工藝裝置的整體設計和主體控制箱的構造設計，搭建了電磁力輔助水火彎板工藝試驗平台。 同時，本項目還開展了船體複雜曲面外板展開算法和電磁力輔助線加熱成形工藝參數最佳化方法的研究，初步建立了三維複雜船體曲面板的加熱線布置算法和工藝參數規劃策略，為建立基於該方法的鋼板自動化加工系統奠定理論和技術基礎。
