船體外板曲面線加熱成形關鍵技術研究.pdf

1、各類船舶的外表面大多是由不可展的、復雜的三維空間曲面構成，把船用鋼板通過無模成形的方法加工成船體外表面的彎曲形狀，目前世界各地船舶工業(yè)普遍都采用線加熱（Line Heating）工藝。但是長期以來針對此項工藝，國內(nèi)造船廠都是依靠有經(jīng)驗的工人手工作業(yè)實現(xiàn)，目前還未有成熟可靠的自動化設備得到廣泛應用。隨著現(xiàn)代造船技術的發(fā)展和造船模式的轉變，手工經(jīng)驗型的工藝模式無論在速度上和質(zhì)量上都已遠遠滿足不了現(xiàn)代造船生產(chǎn)的需要，這已變成明顯約束船舶建造質(zhì)

2、量和周期的一個“瓶頸”問題。
　　本文圍繞船體外板曲面線加熱成形工藝，開展了船體外板線加熱工藝有限元數(shù)值模擬建模、船體外板表面變形神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型、實驗驗證、智能決策支持系統(tǒng)和“變速度”及“雙重”新的線加熱模式等五大研究內(nèi)容。本論文所做的主要工作和取得的研究成果如下：
　?。?）船體外板線加熱工藝有限元建模研究
　　本文首先在線加熱工藝變形機理數(shù)學模型的基礎上，通過ANSYS有限元分析軟件建立線加熱工藝有限元計算模型，

3、然后通過求解該計算模型得到大量仿真算例，在此算例數(shù)據(jù)基礎上分析了溫度場和變形場，從中發(fā)現(xiàn)了“不均勻變形”現(xiàn)象和“單”線加熱變形效果較小的現(xiàn)象。
　　（2）船體外板變形預測模型的研究
　　本文通過整合對船板殘余變形有影響作用的多個加工工藝參數(shù)，提出了兩個旨在更好表征氣體熱源面輸入效果并能綜合體現(xiàn)多個參數(shù)整體作用的復合變量，很好地解決了多個工藝參數(shù)與殘余變形量之間擬合難度較大的難題。通過分析處理大量有限元數(shù)值仿真計算得到的三種不

4、同板厚的船板變形數(shù)值仿真數(shù)據(jù)，提取神經(jīng)網(wǎng)絡建模所需的學習樣本和測試樣本，并利用多輸入多輸出支持向量機（MIMO-SVM）建立復合變量和船板殘余變形量之間非線性關系的船板變形預測模型。以有限元數(shù)值模擬數(shù)據(jù)和神經(jīng)網(wǎng)絡預測數(shù)據(jù)為基礎建立了綜合數(shù)據(jù)庫，為下一步實現(xiàn)智能決策支持系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)來源。
　?。?）船體外板線加熱工藝的實驗研究
　　本文描述了作者項目團隊研制船體外板曲面線加熱成形自動化設備樣機的基本情況，并借助該設備開展了線

5、加熱工藝的實驗研究。制定實驗方案驗證有限元模型和神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型的有效性和可靠性，同時也證明了“不均勻變形”現(xiàn)象和“單”線加熱變形效果較小現(xiàn)象的客觀存在。
　?。?）船體外板線加熱成形工藝智能決策支持系統(tǒng)的研究
　　本文將智能決策引入到船體外板曲面成形領域中，構建了智能決策支持系統(tǒng)，包括知識庫和推理機。知識庫由船板特征信息庫、工藝規(guī)則庫及方法庫和資源庫組成。其中在構建知識庫船板特征信息庫時應用了特征建模技術建立了特征元和加工

6、元等知識單元。工藝規(guī)則庫包含船廠線加熱工藝實操人員以規(guī)則形式存儲的經(jīng)驗知識，方法庫包括本文提出的不均勻劃分船板展開方法。資源庫則包含船板加工所用的加熱頭、重塊、夾具、數(shù)控機床行走機構以及測量設備等各種資源。然后給出了推理機的推理過程，建立了線加熱工藝評價指標體系，根據(jù)實際生產(chǎn)要求采用蟻群算法尋找最優(yōu)的加工方案。最后編制相應軟件，建立基于C＃、Matlab和SQL Server等軟件的智能決策支持系統(tǒng)軟件平臺，實現(xiàn)了為工藝實操人員提供優(yōu)化