船用中厚钢板高频感应热应力成形实验及神经网络预测模型研究
船体钢板的成形是船舶制造业中重要的环节，目前世界船厂主要依靠水火弯板成形。由于水火弯板影响因素复杂难以适应船舶制造的自动化、高效化，而且还面临着技术工人的老龄化。这些因素严重限制了船舶制造的发展。所以亟需一种新的热源来代替氧乙炔火焰。
激光和高频感应加热是板材弯曲成形新的热源，由于船板一般是中厚板，成形曲率较大，所以在船板成形中激光加热具有局限性。高频感应加热几乎综合了火焰加热和激光加热的优点，是船板热应力成形的最佳替代热源。
本文以船用Q345中厚钢板作为研究对象，探讨了高频感应加热成形的特点以及对于船舶制造业的意义，综述了根据热源不同热应力成形的不同类型，以及每种类型的国内外研究动态。根据高频感应加热的特点和基本原理，分析了高频感应加热温度场的分布，并利用ANSYS有限元软件模拟加热过程中温度的分布。根据计算确定感应加热参数，并自制高频感应加热实验设备及测量设备，然后进行高频感应单道次和多道次加热热应力成形实验。通过实验得到了船用Q345中厚钢板在不同感应加热工艺参数下的变形效果，最后在以上大量的实验数据的基础上，采用多元线性回归和BP神经网络方法建立了船用Q345中厚钢板在不同感应加热工艺参数和不同板厚对弯曲变形角度的预测模型。
根据高频感应加热的原理，分析了加热时钢板的温度场的分布，并与有限元模拟基本一致。自制及购买的高频实验设备基本能够满足高频感应加热成形的实验及测量。通过单道次感应加热实验，获得了船用Q345中厚板在20KHz，加热功率为20Kw、25Kw、30Kw和35Kw，加热时间为4s、8s、12s和16s，弯曲变形角度为0～2.1°，曲率半径为81m～1.5m，结果表明:弯曲角度随着板厚的减小、功率的增大和加热时间的延长而增大，曲率半径随着弯曲角度的增大而减小，但是当减小到一定值时保持不变;根据对结果的分析提出了感应加热成形中温度和钢板自重对变形的作用;选择加热时间为12s，船用Q345中厚板在不同加热功率各加热6道次，除厚板在加热功率为20Kw时几乎没有变化外，在其他功率条件下加热6道次后的各种中等厚度的船板弯曲角度增加了3～5倍。根据单道次加热实验结果，运用BP神经网络理论，建立了船用Q345中厚板弯曲角度与板厚、加热功率和加热时间的预测模型，该模型具有一定的精度，能够满足工程实际应用。
高频感应;热应力成形;船体钢板;弯曲效果;神经网络;预测模型
重庆交通大学
硕士
机械设计及理论
王智祥;张继祥
2013
中文
U668.2;U671.3
79
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）