水火弯板加工自动化关键技术研究

论文摘要

长期以来,对于船体双曲度外板的加工,国内外造船厂都是依靠有经验的工人采用水火弯板的方法手工作业完成。随着现代造船技术的发展和造船模式的转变,手工经验型的水火弯板工艺模式无论在速度上和质量上都已远远满足不了现代造船生产的需要,这已经成为制约船舶建造周期和质量的一个瓶颈问题。为实现船体外板自动化加工成型,本文对其中的几个关键技术进行了研究。 （1）研究了自动化加工水火弯板变形规律 分析了水火弯板加工成型的主要影响参数,在对水火弯板实验机加工测量数据分析的基础上,以板厚、加热线长度、加工速度和收缩量作为4个维度,应用向量映射,平面投影、坐标转换方法建立了不同钢板厚度的局部表面收缩量和加工参数的数学模型。应用BP-神经网络法对数学模型进行修正,建立有限元数值模拟方法补充剔除数据并对数学模型适用范围进行扩展。 （2）应用分层遗传算法研究了水火弯板自动化加工工艺参数优化问题 以钢板收缩率曲线拟合优度和钢板加工时间作为两个目标函数,建立水火弯板工艺参数优化问题数学模型,并应用权重系数变化法,将问题转化为单目标优化问题。以前面所建立的水火弯板变形规律数学模型为依据,基于分层遗传算法（HGA）,应用三次样条插值等方法,将目标函数转化为群体中个体的适应度函数。由加热线条数、相邻加热线之间距离（加热线间距）和加热线收缩量3个参数构造分层遗传算法编码,最终得到加工速度、加热线长度和加热线位置3个水火弯板自动化加工参数,在此基础上,应用Visual C++6.0软件设计开发了“水火弯板自动化加工工艺参数优化系统”。 （3）研究了水火弯板自动化加工后的成型检测方法 根据水火弯板智能机器人测量得到的水火弯板自动化加工后的钢板表面数据,应用空间解析几何坐标转换方法建立钢板坐标系。采用Ferguson曲面模拟钢板表面形状,定义了检测线的概念,应用参数样条曲线、空间坐标转换等方法,分别对加工后钢板的横向、纵向成型,以及扭曲变形情况进行检测,为进一步提出二次加工的参数预报提供了基础。 本文所建立的水火弯板变形规律数学模型和水火弯板自动化加工工艺参数优化算法已经应用于大连新船重工有限责任公司的实船板加工生产,取得良好的效果。所建立的水火弯板自动化加工后的成型检测方法也已经通过实验验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 注释说明清单
• 1 绪论
• 1.1 水火弯板工艺简介
• 1.2 国内外研究进展
• 1.3 本文主要研究工作
• 2 自动化加工水火弯板变形规律研究
• 2.1 数学模型建立的基本原理
• 2.1.1 欧几里得空间
• 2.1.2 BP-神经网络模型理论
• 2.2 自动化加工水火弯板变形规律数学模型的建立
• 2.2.1 水火弯板实验
• 2.2.2 单因素局部收缩量数学模型的建立
• 2.2.3 水火弯板变形规律数学模型研究方法
• 2.2.4 水火弯板变形规律数学模型的修正
• 2.3 数学模型数据补充的有限元方法
• 2.3.1 水火弯板有限元分析理论
• 2.3.1.1 水火弯板的热源模型
• 2.3.1.2 水火弯板的热量传递方式
• 2.3.1.3 热弹塑性理论
• 2.3.2 水火弯板问题的有限元解法
• 2.3.2.1 变形场求解约束条件
• 2.3.2.2 水火弯板有限元分析求解模型
• 2.3.3 水火弯板有限元分析可靠性验证
• 2.3.3.1 温度场有限元分析可靠性验证
• 2.3.3.2 变形场有限元分析可靠性验证
• 2.4 算例
• 2.4.1 单因素局部收缩量数学模型算例
• 2.4.2 水火弯板变形规律数学模型修正算例
• 2.4.3 水火弯板变形规律数学模型应用算例
• 2.4.4 水火弯板变形规律数学模型缺少数据补充算例
• 2.4.5 水火弯板变形规律数学模型适用范围扩展算例
• 2.5 小结
• 3 水火弯板自动化加工工艺参数优化算法研究
• 3.1 遗传算法原理
• 3.1.1 遗传算法特点
• 3.1.2 遗传算法定义
• 3.1.3 遗传算法的步骤
• 3.1.4 目标函数与适应度函数
• 3.1.5 染色体编码方法
• 3.1.6 遗传算法的遗传算子
• 3.1.7 多目标优化问题的遗传算法
• 3.2 水火弯板自动化加工工艺参数优化的遗传算法实现技术
• 3.2.1 水火弯板工艺参数优化问题的描述与建模
• 3.2.2 钢板收缩率函数曲线生成
• 3.2.3 水火弯板工艺参数优化问题的分层遗传算法
• 3.3 算例
• 3.4 水火弯板自动化加工工艺参数优化系统
• 3.4.1 系统功能及模块划分
• 3.4.2 系统流程
• 3.4.3 系统界面
• 3.5 小结
• 4 水火弯板自动化加工成型检测方法研究
• 4.1 基本原理
• 4.1.1 Ferguson参数样条曲线
• 4.1.2 Ferguson曲面
• 4.2 加工后钢板坐标系的建立
• 4.3 加工后钢板的成型判别
• 4.3.1 钢板横向成型的判别
• 4.3.2 钢板扭曲的判别
• 4.3.3 钢板纵向成型的判别
• 4.4 水火弯板自动化加工成型检测方法流程
• 4.5 算例
• 4.6 小结
• 5 结论
• 5.1 与前人研究方法的比较
• 5.2 本文的主要研究内容
• 5.3 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 创新点摘要
• 致谢
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 附录D
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书