[发明专利]船体外板的激光热成形变形预测方法和系统

权利要求书

1.一种船体外板的激光热成形变形预测方法，其特征在于，包括：

步骤1：针对实际加工过程分析建立关于热源参数及板件参数的工艺窗口；

步骤2：基于该工艺窗口进行多组热弹塑性有限元仿真，并提取等效固有应变结果；

步骤3：基于多组工艺参数的等效固有应变结果建立预测神经网络模型，通过数学方法泛化出该工艺窗口中其它工艺参数下的等效固有应变结果；

步骤4：将所述步骤3计算获得的等效固有应变结果以各向异性热膨胀系数形式赋予给模型，作为模型的初始属性；

步骤5：通过对模型施加单位温度载荷，保证计算获得的热应变分布的大小、方向与等效固有应变分布相同；

步骤6：进行热弹性有限元仿真，得到材料的变形位移。

2.根据权利要求1所述的船体外板的激光热成形变形预测方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2.1：建立三维薄板件几何模型并进行网格划分，距离加热路径越近的区域的网格设置得越细小；

步骤2.2：将材料物性参数赋值进几何模型中；

步骤2.3：给几何模型添加边界条件及初始条件；

所述几何模型中材料的本构关系定义为分段弹塑性模型，弹性区使用弹性模量和泊松比定义，塑性区使用Johnson-Cook模型定义，激光移动热源采用高斯分布热源模型。

3.根据权利要求1所述的船体外板的激光热成形变形预测方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤3.1：建立预测神经网络前先确定神经网络的输入层，分别表示激光功率、扫描速度、光斑直径、板件厚度和材料深度；

步骤3.2：确定训练样本，样本选择需覆盖实际加工的参数范围且为分布均匀；

步骤3.3：确定算法流程，分别为：特征处理、确定交叉验证组、确定光滑因子取值范围、系统误差求解、确定最佳光滑因子和确定最佳训练样本。

4.根据权利要求1所述的船体外板的激光热成形变形预测方法，其特征在于，所述步骤4包括：

步骤4.1：特征处理中对输入、输出样本库中样本进行归一化处理，将处于不同维度i的特征值映射到-1～+1之间，数学公式为：

x_ij＝2(x_ij-x_jmin)/(x_jmax-x_jmin)-1

y_ij＝2(y_ij-y_jmin)/(y_jmax-y_jmin)-1

其中，x_jmin、x_jmax、y_jmin、y_jmax分别表示输入、输出向量的所有第j个特征样本值中的最小值和最大值；

步骤4.2：光滑因子的取值范围为σ∈[0,2]，从取值范围下限开始以0.1的增量遍历计算在取值范围内的每一光滑因子下的以均方差作为评价方式的系统误差。

5.根据权利要求1所述的船体外板的激光热成形变形预测方法，其特征在于，工艺参数包括：激光功率1000～3000W，扫描速度20～100mm/s，光斑直径2～10mm，板材厚度2～10mm，材料深度0～4mm。

6.一种船体外板的激光热成形变形预测系统，其特征在于，包括：

模块M1：针对实际加工过程分析建立关于热源参数及板件参数的工艺窗口；

模块M2：基于该工艺窗口进行多组热弹塑性有限元仿真，并提取等效固有应变结果；

模块M3：基于多组工艺参数的等效固有应变结果建立预测神经网络模型，通过数学方法泛化出该工艺窗口中其它工艺参数下的等效固有应变结果；

模块M4：将所述模块M3计算获得的等效固有应变结果以各向异性热膨胀系数形式赋予给模型，作为模型的初始属性；

模块M5：通过对模型施加单位温度载荷，保证计算获得的热应变分布的大小、方向与等效固有应变分布相同；

模块M6：进行热弹性有限元仿真，得到材料的变形位移。