船舶弯管精确成形关键技术研究

Based on the situation that there are no theoretical and technological guide during the application of “tube bending without excess” and “tube bending after welding flange” advanced shipbuilding technique in shipyard, a fundamental applied research is proposed on the key technologies of tube bending (springback, elongation, corner point)..In theory, under the guide of elastic and plastic theory and process mechanics of shipbuilding, using the moment-curvature analysis, a new distorted model under combined action of moment and axial loads co is proposed, which is closer to the actual working condition. The complex condition is equivalent to axial load, the effect of axial load on springback and elongation will be analyzed. .In technique, by the numerical simulation and stress-strain experiment, the plastic deformation mechanism will be analyzed, the shape of axial line of bent tube after springback will be represented. The models of springback and elongation compensation will be established. The method to decide the corner point is put forward by the curvature change. .In experiment method, new tube shape measure device ( portable joint coordinate machine) will be introduced to the project. By 3D measuring of bent tube, the test verification will accomplished on theoretical analysis and simulation result, and forming accuracy of bent tube..Through this research, the key technology problem of plastic forming of bent tube will be solved. It will lay the theory and technology foundation for the implement of “tube bending without excess” method for the shipbuilding enterprise. This work will promote the shipbuilding technology.

基于目前船舶弯管过程中推广应用“无余量弯管”和“先焊后弯“先进造船工艺缺乏相应的理论技术指导的现状，拟对弯管精确成形的关键技术（回弹、伸长、起弯点等）开展应用基础研究。.在理论上，以弹塑性理论和船舶工艺力学为指导，通过弯矩-曲率分析法，提出新的弯矩和轴向力共同作用下的变形模型，将更接近弯管的实际工况；同时将复杂工况等效为轴向力的作用，分析轴向力对弯管回弹、伸长等的影响。.在技术上，通过数值模拟结合应力应变试验，分析塑性变形机理，研究弯曲部分回弹后的形状描述，建立回弹、伸长补偿模型；提出通过回弹后弯管曲率变化来确定起弯点的思路。.在实验方法上，拟引进新的管形测量设备（便携式关节坐标机），通过管形的三维坐标测量，完成理论分析及模拟计算结果检验，验证弯管成形精度。. 通过本项目研究，解决船舶弯管塑性精确成形的关键科学问题，为船舶企业实施“无余量弯管”工艺打下理论与技术基础，推动造船技术进步

管子弯曲加工广泛应用于船舶、汽车、航空航天等多个行业，其中“无余量弯管”和“先焊后弯”工艺是造船界为适应现代造船模式的发展要求而提出的先进的造船舾装工艺。本项目针对船舶弯管过程中存在影响精确成形的回弹、伸长、起弯点、壁厚减薄等问题，开展弯管成形机理及工艺技术基础研究。.本项目研究了船舶厚壁管弯曲过程中的变形机理和回弹规律、伸长规律，并进行了数值模拟及试验验证；探索了大口径薄壁管弯曲过程中压模助推力对壁厚减薄、中性层偏移的作用，从而造成对弯管回弹、伸长的影响；提出了进行“无余量弯管”精确成形的技术路径；探索了计算机视觉测量技术在弯管空间形状测量方面的应用。.本项目取得研究成果主要为：（1）结合壁厚变化和弯管应力应变中性层向内移动的特点，建立了弯管轴向伸长和回弹的理论模型。得到了弯管的轴向伸长与成形角、弯曲角与成形角的关系，即对于同批次材料的管材，在工程应用范围内，均存在不过原点的线性关系；（2）提出了应用弯管轴向伸长和回弹规律的方法，即通过试弯来确定理论模型的系数；（3）将压模助推等效为轴向力的作用，系统探讨了助推力、助推速度对回弹、伸长、壁厚减薄的影响，发现助推可降低了壁厚减薄、减小轴向伸长、增大弯管的回弹角，提出了保证成形质量的最佳助推速度。（4）研制了集成测量、设计及再现制造为一体的船舶合拢管制造系统。.本项目关于回弹、伸长的理论研究及起弯点确定技术方法丰富了弯管精确成形理论，其理论推导过程考虑了弯管过程中壁厚变化、中性层偏移、压模助推等实际工况，更接近实际，且被数值模拟及试验所验证，其结论具有很强科学价值及实际指导意义。同时提出的简化应用方法也使得理论成果的应用更简单，更具操作性，为弯管精确成形提供了理论指导和技术储备。.在项目执行期间，发表论文7篇，其中SCI收录1篇，EI收录4篇，授权发明专利2项，培养研究生8名，所研发的船舶合拢管制造系统在造船企业得到生产应用。