一种考虑钢板的初始外加变形的线加热方法。根据本发明的考虑钢板的初始外加变形的线加热方法包括:测量当前处理的钢板,并且输入所述钢板的设计形状数据和所述当前处理钢板的测量形状数据;计算所述钢板的约束和初始外加变形位置;根据所述钢板的约束位置计算所述钢板的外加角扭曲量;根据所述计算得到的外加角扭曲量计算所述钢板的加热线的位置和强度;并且根据所述计算得到的加热线的位置和强度处理表面。因此,较之未考虑钢板的初始外加变形的方法,能够以较少的加热线进行线加热,由此使得对钢板进行的热加工更加有效。
1.一种考虑钢板的初始外加变形的线加热方法,所述方法包括:测量当前处理的钢板,并且输入所述钢板的设计形状数据和所述当前处理钢板的测量形状数据;计算所述钢板的约束位置和初始外加变形位置;根据所述钢板的约束位置计算所述钢板的外加角扭曲量;根据所述计算得到的外加角扭曲量计算所述钢板的加热线的位置和强度;并且根据所述计算得到的加热线的位置和强度处理表面,其中通过比较所述钢板的弹性区域中的外加角扭曲量与由负载形成的临界外加角扭曲量并且选择其中较小的值来确定所述外加角扭曲量。
2.如权利要求1所述的线加热方法,还包括,在所述计算所述钢板的约束位置和初始外加变形位置之前,判定是否对所述当前处理钢板施加约束和外加初始变形。
3.如权利要求1所述的线加热方法,还包括,在所述处理表面之后,检查所述当前处理的形状是否与所述设计形状相匹配,其中若所述当前处理的形状与所述设计形状相匹配,则完成所述处理,并且其中若所述当前处理的形状与所述设计形状不匹配,则从所述测量当前处理钢板并且输入所述钢板的设计形状数据和所述当前处理钢板的测量形状数据的步骤开始重复线加热方法。
4.如权利要求1所述的线加热方法,其中所述计算加热线的位置和强度还包括根据所述外加角扭曲量计算在处理所述钢板之后所述钢板的剩余外加角扭曲量,其中若在所述计算剩余外加角扭曲量的步骤中存在所述剩余外加角扭曲量,则再进行加热线的位置和强度的附加计算直至所述剩余外加角扭曲量不存在。
5.如权利要求4所述的线加热方法,其中所述计算加热线的位置和强度还包括,若在所述计算剩余外加角扭曲量的步骤中不存在所述剩余外加角扭曲量,则:在不考虑所述钢板的初始外加变形的情况下计算角扭曲量;根据所述不考虑初始外加变形的角扭曲量确定加热强度和加热位置:并且检查加热数据的生成是否完成。
6.一种考虑钢板的初始外加变形的线加热系统,所述系统包括:测量单元,配置为测量被处理钢板的形状及处理数据;数据库,配置为存储由所述测量单元测得的测量数据及处理数据和目标钢板的设计形状数据;加热数据计算单元,配置为利用存储在所述数据库中的所述测量数据和所述目标钢板的设计形状数据计算所述钢板的表面配准和变形率、计算所述钢板的约束和初始外加变形的位置、计算所述钢板的外加角扭曲量、及根据所述外加角扭曲量计算加热数据;约束和初始外加变形装置,配置为根据由所述加热数据计算单元计算得到的所述钢板的约束位置和初始外加变形位置对所述钢板施加约束和外加初始变形;及表面处理装置,配置为根据由所述加热数据计算单元计算得到的加热数据对所述钢板的表面进行处理,其中通过比较所述钢板的弹性区域中的外加角扭曲量与由负载形成的临界外加角扭曲量并且选择其中较小的值来确定所述外加角扭曲量。
7.如权利要求6所述的线加热系统,还包括下列单元中的至少一个:存储单元,配置为存储由所述加热数据计算单元计算得到的所述加热数据;及输出单元,配置为输出所述加热数据。
技术领域本发明涉及线加热方法及其系统,尤其涉及考虑初始外加变形条件的线加热方法及其系统。xa0
背景技术船体具有根据工程技术(包括流体力学、结构力学及震动)设计的三维表面,并且通过对具有某一厚度的钢板进行处理而制得。船体的外部板的加工精度可决定整条船的设计性能。xa0通过两种方式将外部板处理成三维形状,一种是通过冲压机或辊压机进行的初级机械冷加工方式,第二种是例如通过用气焊枪对钢板进行加热的二级热加工方式。xa0所述冷加工为利用辊压,层压,或曲压形成曲率的冷加工方法,并且现今大多数的船坞主要用此方法形成可展形状。所述可展形状系指可通过简单的弯曲而无需断裂板表面内的收缩或膨胀就可制得的形状。xa0热加工系通过使用热源(诸如气焊枪、高频感应加热设备等)对钢板进行加热而导致收缩、膨胀、及弯曲变形,而将钢板制成三维弯曲形状。xa0此处,热加工中的收缩及膨胀具有这样的物理/动态特性,即,无任何特定的发生方向。然而,热加工中只有形成或抑制某一方向的变形,才可能制得所设计的目标曲率。xa0因此,为了通过热加工将钢板处理成所需的形状,不仅是需要输入至钢板适当位置处的适当热量,适当位置处的强迫边界也是必须的。xa0一般通过在钢板的适当位置处画加热线,然后向加热线提供适当的热,从而完成所述二级热加工。此处,这些任务主要通过手工操作完成,而这些手工操作绝大多数由10年以上工作经验的高技术操作者进行。xa0根据表面的高斯曲率,一般将船的弯曲外板分为凹型(高斯曲率>0)、鞍型(高斯曲率<0)、及圆柱型(高斯曲率=0)。凹型还可分为纯凹型和扭曲型。大多数的造船商根据曲率的形状区别热加工方法而通过操作者的手工加热产生最终的形状。xa0热加工方法主要分为线加热和三角形加热。xa0线加热方法通过使用作为主热源的气体对直线或曲线形状钢板的表面加xa0热而使得板弯曲,然后使钢板冷却。xa0三角形加热方法(或局部加热方法)通过对钢板的边缘进行局部加热和冷却而导致收缩。通过对钢板进行冷却,防止热传递至其它区域,并由此引起局部面内变形。由于加热表面的形状接近三角形,因此被成为三角形加热。xa0在当前的弯曲外板的热加工中,包括线加热和三角形加热方法,由于操作完全取决于高级技术人员使用气体作为热源进行的手工技术,因此操作的速度和水平的提高受限。xa0并且,由于操作者之间的技术水平和操作方法不同,难以对操作进行标准化,或者传承技术,使得低技术操作者更为困难。xa0此后,对加工操作的自动化有所需求,并且业已发展和提出了几种现有技术。其中一些现有技术包括第10-2002-0071131、10-1998-0007332、10-2004-7014619及10-2007-0053225。xa0这些现有技术中,如图1中的(a)~(c)所示,对区域进行加热时,利用由温度偏差所造成的角扭曲进行热加工,所述温度偏差根据基于厚度的温度分布。xa0更具体地,当对图1的(a)所示的平钢板的区域进行加热时,发生图1的(b)所示的角扭曲。假设加热一次所获得的角扭曲为如图1的(b)所示的“a”弧度,并且假设适用叠加原理,若进行三次加热,则可获得“3a弧度的最终变形,如图1的(c)所示。xa0图2示出了根据热源的钢(AH32,软钢)的不带有任何的初始外加变形的变形特征。xa0在大多数公知的热工作自动化的处理数据生成系统中,仅考虑加热钢板时发生的角扭曲的状况以提取待处理钢板的变形特征,并且这些变形特征用以计算加热位置、加热速率等处理数据,并且用以执行热加工操作。xa0然而,如前所述,热加工经由输入热形成的收缩膨胀处理而造成变形,但所述收缩和膨胀具有无任何特定方向这样的物理/动态特性。xa0因此,在热加工处理中,需要形成或者抑制沿钢板的某一方向的变形,以产生所设计的目标曲率。这意味着在热加工的处理中,不仅需要在钢板的适当位置施加适当的热量,还需要在钢板的适当位置施加强迫边界。xa0此处,强迫边界系指管对钢板进行的热加工可使得变形停止的初始外加变形条件,或者通过在受热加工之钢板的位置处提供强制力而根据对钢板进行的热加工形成更多的变形。xa0下文将参考其它附图描述在钢板热加工期间考虑初始外加变形时的变形效果。xa0在图3的(a)~(d),向钢板施加三次可导致图1的(a)~(c)中“a”xa0弧度变形的热相同的热,并且在向钢板初始外加“b”弧度的外加变形的情况下,变形发展。xa0如图3的(a)所示,当在钢的弹性区域的端部处向上施加力时,发生“b”弧度的外加变形。此处,施加如图3的(b)所示的、与可引起图1的(b)的“a”弧度角扭曲的热量相同的热量之后发生的角扭曲定义为“c”弧度,其中,c>a,如图3的(c)所示。xa0此处,可基于“c”和“b”的角度考虑下列情况。xa0首先,若c>b,则通过100%移除弹性应力并且通过加热生成附加的塑性变形,“b”弧度的强迫弹力变形最终转变“c”弧度的角扭曲。这样,移除了为初始外加变形所施加的力,并且用于保持该力的支撑块仅仅执行支撑功能。由于接下来的两侧加热没有任何的外加变形,“2a”弧度的变形因叠加原理而发生,并且发生“2a+c”的最终变形。因此,最终变形大于图1所示的生成“3a”角扭曲的变形。(情况1)xa0接着,若c
b,则在进行两次加热时外加变形的效果消失,并且包括在第三次加热之后发生的“a”弧度角扭曲的最终角是指变为如图3的(d)所示的“c+d+a”。(情况3)xa0此处,若c+da)的情况下,最终角扭曲变为“c+d+e”xa0若在弹性区域内的“b”初始外加变形足够大,则发生c+d+e发明内容【技术问题】xa0根据上述需要进行设计,本发明提供了一种自动化热加工操作中的线加热方法和系统,在钢板存在初始外加变形时所述自动化热加工操作考虑边界条件,从而增加操作的效率。xa0【技术方案】xa0本发明的一个方面为一种考虑钢板的初始外加变形的线加热方法,所述方法可包括:测量当前处理的钢板,并且输入所述钢板的设计形状数据和所述当前处理钢板的测量形状数据;计算所述钢板的约束和初始外加变形位置;根据所述钢板的约束位置计算所述钢板的外加角扭曲量;根据所述计算得到的外加角扭曲量计算所述钢板的加热线的位置和强度:并且根据所述计算得到的加热线的位置和强度处理表面。xa0通过比较所述钢板的弹性区域中的外加角扭曲量与由负载形成的临界外加角扭曲量并且选择其中较小的值来判定所述外加角扭曲量。xa0所述线加热方法还可包括,在所述计算所述钢板的约束和初始外加变形位置之前,判定是否对所述当前处理钢板施加约束和外加初始变形。xa0所述线加热方法还可包括,在所述处理表面之后,检查所述当前处理的形状是否与所述设计形状相匹配。若所述当前处理的形状与所述设计形状相匹配,则结束所述处理,并且若所述当前处理的形状与所述设计形状不匹配,则从所述测量当前处理钢板并且输入所述钢板的设计形状数据和所述当前处理钢板的测量形状数据的步骤开始重复所述线加热方法。xa0所述计算加热线的位置和强度还包括根据所述外加角扭曲量计算处理所述钢板之后的所述钢板的剩余外加角扭曲量。若在所述计算剩余外加角扭曲量的步骤中存在所述剩余外加角扭曲量,则再进行加热线的位置和强度的附加计xa0算直至所述剩余外加角扭曲量不存在。xa0所述计算加热线的位置和强度还包括,若在所述计算剩余外加角扭曲量的步骤中不存在所述剩余外加角扭曲量,则:在不考虑所述钢板的初始外加变形的情况下计算角扭曲量;根据所述未考虑初始外加变形的角扭曲量判定加热强度和加热位置;并且检查加热数据的生成是否完成。xa0本发明的另一方面为一种考虑钢板的初始外加变形的线加热系统,所述系统可包括:测量单元,配置为测量当前处理钢板的形状和处理数据;数据库,配置为存储由所述测量单元测得的测量数据及处理数据和目标钢板的设计形状数据;加热数据计算单元,配置为使用存储在所述数据库中的所述目标钢板的所述测量数据和设计数据计算所述钢板的表面配准和变形率、计算所述钢板的约束和初始外加变形的位置、计算所述钢板的外加角扭曲量、及根据所述外加角扭曲量计算加热数据;约束和初始外加变形装置,配置为根据由所述加热数据计算单元计算得到的所述钢板的约束位置和初始外加变形位置对所述钢板施加约束和外加初始变形;及表面处理装置,配置为根据由所述加热数据计算单元计算得到的加热数据对所述钢板的表面进行处理。xa0所述线加热系统还可包括下列单元中的至少一个:存储单元,配置为存储由所述加热数据计算单元计算得到的所述加热数据;及输出单元,配置为输出所述加热数据。xa0【有益效果】xa0根据本发明,通过在对钢板进行加热时考虑初始外加变形,较之未考虑初始外加变形的情况,可生成较少数量的加热线,并且以较短时间将所述钢板处理成设计形状。xa0
附图说明
图1在(a)~(c)中示出了未考虑初始外加变形时对钢板进行热加工的变形;xa0图2示出了说明以气体和高频热源进行线加热时变形特征的曲线图;xa0图3在(a)~(d)中示出了根据初始外加变形条件的钢板的变形状态;xa0图4为示出根据本发明实施例的考虑初始外加变形的线加热系统的方块图;xa0图5为示出根据本发明实施例的考虑初始外加变形的线加热方法的流程图;xa0图6为示出在根据本发明实施例的考虑初始外加变形的线加热方法中如何计算初始外加变形量的流程图;xa0图7为示出在根据本发明实施例的考虑初始外加变形的线加热方法中如何计算加热线的位置和强度的流程图;xa0图8和9示出了根据本发明实施例用于应用梁原理的三维表面的简化版本;xa0图10示出了梁截面单元的弹性和塑性变形;xa0图11示出了曲率半径R与初始外加变形d之间的关系;xa0图12示出了15吨负载能够生成的基于表面厚度的最大变形量;xa0图13和14示出了施加高频热源线加热时的变形特征;xa0图15示出了未考虑初始外加变形的加热线生成状态;xa0图16示出了考虑初始外加变形的加热线生成状态。xa0
具体实施方式
下文将参考附图描述根据本发明实施例的考虑初始外加变形的线加热方法及系统。此处,在描述根据本发明实施例的线加热方法及系统的过程中,现有背景技术所揭露的或者构成本发明实施例的通常已知的信息将不作详细描述,或者将进行简要描述,并且将更详细地描述现有背景技术中未描述的、本发明所特有的信息。xa0图4为示出根据本发明实施例的考虑初始外加变形的线加热系统的方块图。xa0参考图4,考虑初始外加变形的线加热系统1包括:对待处理钢板的形状进行测量的测量单元10;对由测量单元10测得的测量数据和目标钢板的设计形状数据进行存储的数据库20;使用存储在数据库20中的测量数据和设计形状数据根据初始外加变形计算加热数据的加热数据计算单元30;根据由加热数据计算单元30计算得到的钢板约束和初始外加变形位置对钢板施加约束和初始变形的约束和初始外加变形装置40;及根据由加热数据计算单元30计算得到的加热数据对钢板的表面进行处理的表面处理装置50。xa0更具体地,测量单元10包括用于对待处理钢板中的待处理形状的数据进行测量的测量装置。所述测量装置形成为用以对当前进行处理的钢板的形状、尺寸等进行测量。xa0此处,对于正在处理的钢板,可在处理钢板的情况下连续地或周期地测量形状数据,并且所述连续或周期测量的形状数据存储在数据库20中,以供在测量之后使用钢板处理数据。xa0数据库20形成为存储由测量装置测得的钢板形状数据和目标钢板的设计形状数据。可经由CAD程序对设计形状进行预判定而提供所述设计形状数据,根据所述设计形状数据对钢板进行最终加工。xa0加热数据计算单元30为这样的元件,其通过生成多个实现考虑钢板初始外加变形的线加热方法的装置(例如,约束和初始外加变形装置40和对钢板进行加热的表面处理装置50)中所需的数据、将生成的处理数据发送至各所述装置、且允许各所述装置根据处理数据操作,以帮助根据钢板的初始外加变形进行线加热。xa0为此,根据本发明的实施例,加热数据计算单元30形成为使用存储在数据库中的测量数据和目标钢板的设计形状数据,以计算钢板的表面配准(surfacexa0registration)和变形率,以计算钢板约束和初始外加变形位置以计算钢板的外加角扭曲量、并且根据外加角扭曲量计算加热数据。xa0根据本发明的一实施例,加热数据计算单元30可包括表面配准和变形率计算模块32、约束和初始外加变形位置计算模块34、外加角扭曲量计算模块36、及加热数据计算模块38。尽管可以形成表面配准和变形率计算模块、约束和初始外加变形位置计算模块、外加角扭曲量计算模块、及加热数据计算模块,以单独执行各计算步骤,也可形成一个执行综合计算的计算单元,以连续或同时执行用以实现考虑钢板初始外加变形的线加热的计算。xa0下文将描述通过加热数据计算单元30计算表面配准和变形率、约束和初始外加变形位置、外加角扭曲量、及加热数据的方法。xa0由加热数据计算单元30计算的钢板加热数据作为新数据存储在与加热数据计算单元30连接的存储单元60中,或者经由输出单元70作为数据输出以使使用者可进行检查。为此,存储单元60和输出单元70中的至少一个与加热数据计算单元30连接。xa0更具体地,存储单元60为用于存储由加热数据计算单元30计算的钢板加热数据的元件,并且可这样提供存储单元60,即通过利用存储钢板形状数据和设计数据的数据库20作为其存储单元,或者形成单独的存储空间。储存在前述储存单元中的钢板加热数据可通过输出单元70输出至用户。xa0输出单元70可实现为打印机72之类的打印输出设备,或者LCD显示监视器74之类的屏幕输出设备。xa0在根据本发明实施例的考虑钢板初始外加变形的线加热系统1中,对钢板的设计形状和钢板的当前处理的实际形状进行测量和比较,并且加热数据计算单元30计算将钢板处理为设计形状所需的加热数据,然后表面处理设备根据计算得到的加热数据对钢板进行处理以形成表面。xa0此处,加热数据计算单元30计算约束和初始外加变形位置、计算在初始外加变形下的外加角变形量、并且生成最终加热数据,例如,对钢板进行一次热加工所需加热线的数量、上述加热线中要在初始外加变形状态下加热的加热线的数量、及加热线的加热顺序。xa0因此,在根据本发明实施例的线加热系统1中,约束和初始外加变形装置根据使用由测量装置测得的测量数据计算得到的加热数据对钢板施加约束并且向钢板外加初始变形,并且通过重复根据生成的加热数据对表面进行处理而将当前处理的钢板处理成设计形状。xa0下文将描述通过如上所构成的考虑钢板初始外加变形的线加热系统xa0图5为通过根据本发明实施例的考虑钢板初始外加变形的热加热系统实施考虑钢板初始外加变形的线加热方法的流程图。xa0参考图5,根据本发明实施例的考虑钢板初始外加变形的线加热方法包括:测量当前处理的钢板并且输入钢板的设计形状和当前处理钢板的测量形状的数据(S510);判定是否对当前处理钢板施加约束和外加初始变形(S520);计算约束和初始外加变形的位置(S530);计算外加角扭曲量(S540);根据计算得到的外加角扭曲量计算加热线的位置和强度(S550);并且根据计算得到的加热线的位置和强度对表面进行处理(S560)。xa0下文将详细描述考虑钢板外加变形的线加热方法的上述各步骤。xa0(1)将设计形状和当前处理形状的数据输入数据库(S510)xa0在输入设计形状和当前处理形状的步骤(S510)中,将设计形状和当前处理形状的数据存储在数据库20中。xa0此处,从CAD程序提取待用于处理钢板的最终处理形状的设计形状数据,并将所述数据存储在数据库20中。可使用规则点数据、IGS之类的标准CAD文件格式等构成设计形状数据。最好将设计形状数据分为船号、块号、板号等存储在数据库中。xa0经由包括在测量单元10中的测量装置对当前处理钢板的形状信息进行测量,并以与用于待处理钢板的最终处理形状的设计形状数据相同的形式将所述形状信息存储在数据库20中。xa0由于待处理钢板的最终处理形状为三维形状,因此设计形状数据和待处理钢板的形状数据最好作为三维形状数据存储在数据库20中。通过调用系统,将存储在数据库中的三维形状数据自动量化为三维表面,并自动执行表面配准(surfacexa0regsitration)。xa0(2)判定是否约束和外加初始变形(S520)在判定是否约束和外加初始变形的步骤(S520)中,判定是否使用约束和初始外加变形。此处,在不使用约束和初始外加变形的情况下,计算加热线的位置和加热的强度(S550),然后经由热加工进行表面处理操作(S560),而不进行任何的约束和初始外加变形。xa0举例来说,若能够通过在没有约束和初始外加变形的情况下生成少量的加热线以执行操作,则可在没有约束和初始外加变形的情况下进行操作。xa0根据现有技术,在没有约束和初始外加变形的情况下,可以根据公知现有技术通过考虑,例如,图2所示的气体热源变形特性和高频热源变形特征来计算加热线的位置和加热的强度。xa0然而,若钢板的变形程度需要较大或者设计形状的处理较为复杂,则最好在有约束和初始外加变形的情况下对加热线进行加热。xa0这一步骤中,判定是否需要计算所述约束和初始外加变形条件。若无需提供约束和初始外加变形,则通过在不考虑约束和初始外加变形条件的情况下生成加热数据而进行热加工。若判定需要提供约束和初始外加变形,则计算约束和初始外加变形条件,然后在生成加热数据的时候对所述条件进行考虑。此处,在钢板为鞍型的情况下,即,高斯曲率小于0,则需要约束和初始外加变形,并且在钢板为凹型的情况下,即,高斯曲率大于0,则无需约束和初始外加变形。因此,可根据钢板是否是鞍型或是否是凹型来判定热加工的执行是否需要考虑初始外加变形。xa0如前所述,通过生成加热线对表面进行处理的步骤是这样的:通过生成多条加热线并且沿所生成的加热线进行热加工。xa0在生成加热线和热加工的过程中,测量当前形状以通过比较设计形状数据和当前形状的形状不同来形成目标形状,然后进行热加工以将当前形状转变为目标形状。xa0此处,尽管能够在单个热加工处理中从当前形状转变为设计形状,但通常所述测量和热加工处理要重复若干次。xa0此外,不必在每一加热线处理的情况下都进行热加工时的约束和初始外加变形,而是在某些情况下可仅仅处理加热线而不进行任何的约束和初始外加变形。xa0此处,即使在一块钢板上形成若干加热线的情况下,也不是对钢板上形成的每条加热线都施加约束和初始外加变形,可在有选择地施加约束和初始外加变形的情况下,对判定为在对加热线进行加热时须考虑约束和初始外加变形的加热线进行热加工。xa0此处,可通过考虑钢板的外加角扭曲量(将钢板处理成设计形状需考虑),来选择在施加约束和初始外加变形时的待处理加热线。下文将详细描述根据外加角扭曲量选择要施加约束和初始外加变形的加热线的方法。xa0(3)计算约束和初始外加变形的位置(S530)xa0在计算处理钢板表面时的约束和初始外加变形之位置的步骤中,计算用以放置对钢板施加约束的紧固件(dog)和提供初始外加变形的位置。xa0此处,计算对钢板施加约束的位置包括计算钢板的弯曲变形率和面内变形率,其可通过设计形状数据和测量形状数据之间的差异计算得到。xa0此处,将加热线主方向和根据计算得到的弯曲变形率和面内变形率的弯曲变形率方向确定为用以约束钢板的方向。xa0并且,通过计算钢板的重心位置,可将穿过重心的加热线的主方向与钢板的两条侧边所构成之角部相遇的位置(见图8中紧固件的位置)确定为对钢板施加约束的位置。xa0对于上述的对钢板施加约束的位置,一般可将初始外加变形的位置确定为这样的一点,即,与位于钢板的两条侧边所构成之角部上所形成的两个约束位置的中心位置处的加热线的主方向相垂直的一条线与钢板的另两条侧边所构成的角部相遇的点(见图8中支撑块的位置)。xa0由本发明申请人申请的第10-2008-0086986号韩国专利申请揭露了判定约束位置的方法和系统。xa0通过约束和初始外加变形位置计算模块34计算以如前所述的对钢板施加约束的位置和施加用于初始外加变形的力的初始外加变形的位置地,并且将约束和初始外加变形位置数据传输至约束和初始外加变形设备40,并且在考虑约束和初始外加变形的情况下生成加热线的时候,通过约束和初始外加变形设备40对钢板进行约束并且施加初始变形。xa0对多条加热线进行加热时,在生成这些加热线的时候所考虑的多个约束和初始外加变形的位置可为相同位置,或者可根据各个加热线为相互不同的位置。xa0(4)计算外加角扭曲量(S540)xa0在计算约束和初始外加变形步骤中计算约束和初始外加变形的位置之后,计算在初始外加变形位置待扭曲的外加角扭曲量(步骤S540)。图6为详细示出计算外加角扭曲量步骤(S540)的流程图。xa0计算外加角扭曲量步骤(S540)中的一个重要因素是适当地判定在提供初始外加变形的情况下根据热源的速率和强度发生的角扭曲的量。xa0本发明的一个实施例中,这样进行外加角扭曲量的计算:计算弹性区域中的曲率半径(S620);计算该弹性区域中的外加角扭曲量(S630);计算负载下的临界外加角扭曲量(S640);将弹性区域的外加角扭曲量与由负载形成的临界外加角扭曲量进行比较(S650);并且从比较中选择较小的值作为最优外加角扭曲量(S660)xa0下文将更详细地描述外加角扭曲量的计算步骤。xa0首先,对先前计算得到的约束位置和初始外加变形位置进行检验(S610)。xa0然后,对要施加初始外加变形钢板的弹性区域的曲率半径进行计算(S620)。此处,对要施加初始外加变形的钢板的弹性区域的曲率半径进行计算是对要施加初始外加变形的钢板弹性范围进行检验。xa0更具体地,施加至表面部件的外加角扭曲量需判定为在钢板本身的弹性区域内。这是因为过量的初始外加变形会作为过大的负载并且造成形成表面的钢板的不确定区域的塑性变形,可能导致预期外的变形。因此,根据本发明的考虑约束和初始外加变形的线加热方法中的初始外加变形允许钢板在一旦移除初始外加变形(即,负载)就可回复至其原始形状的弹性区域之内变形。xa0作为一种计算在弹性区域内的外加角扭曲量的方法,将表面部件分为如图8所示的若干条,并且对其中的一条应用简化假定,这样就可适用公知的梁理论。图9所示的形状为从侧面观察图8中虚线表示的部分。xa0图9中,在两个表面之间进行表面配准,其中SM表示当前表面,SD表示设计表面,θ表示两个表面的曲率差形成的角。此处,可适用如下公式1计算两个表面的端部处的差的量,其中L为部件的长度。xa0公式1xa0 d = L θ sin ( θ 2 ) ]]>然而,钢板内部是否出现塑性变形区域仍然不确定。因此,需要一种检查钢板内部是否存在塑性变形的区域。xa0为此,可以如下公式2利用束理论(J.Case,Lxa0Chilverxa0andxa0C.T.F.Ross,′′Strengthxa0ofxa0Materials&Structures,London,Edwardxa0Arnold,1993)计算最大曲率R,当梁构件上加有负载并且如图10所示地变形时,所述最大曲率R使得所述梁构件在弹性区域内变形而不发生塑性变形。xa0公式2xa0 2 σ Y h 0 = E R ]]> h 0 = 2 R σ Y E = h ]]> R = Eh 2 σ Y ]]>上述公式2中,h表示钢板的厚度,h0表示弹性区域的厚度,E表示杨氏模量,R表示曲率半径,而σY表示屈服应力。因此,使用公式2,可获得在低于屈服应力的应力状态下(即,处于弹性区域内)的最大曲率R。xa0使用所获得的最大曲率R,可获得能够在弹性区域中变形的外加角扭曲量(S630)。此处,外加角扭曲量可理解为当钢弹性变形时的钢的最大变形距离,例如,当对具有某一面积并且平放在地上的钢的两侧施加约束并且用力提起所述钢的未约束的角部时,所述钢可被提起的距离。xa0通过考虑计算得到的曲率半径R和表面部件的尺寸,可如图11所示地确定θ和d,并且如下文的公式3所示,可导出正在被处理的表面部件能够在弹性区域中生成的曲率半径R与外加角扭曲量d之间的关系xa0公式3xa0 d = 2 R sin ( θ 2 ) sin θ ]]>当考虑实际热加工操作和操作条件时,一个重要的要素是应考虑支撑初始外加变形的紧固件(负载)的公差范围来确定外加角扭曲量。xa0尽管外加角扭曲量在最优弹性区域之内,若其超过执行装备能够掌控的水平,这一数据也是无效的。因此,本发明中,考虑在实际工作场地中可施加的最大负载,以根据钢板的厚度计算最大变形量(S640),并且这一最大变形量定义为临界外加角扭曲量dF。xa0换言之,无论钢的弹性区域中的外加角扭曲量的大小有多大,不可超过恰当工作条件下的临界外加角扭曲量dF。图12示出了,根据钢的类型和厚度,5吨负载可生成的最大外加角扭曲量,以弧度表示。xa0公式4xa0y=24500x-3.9556xa0xa0(对于软钢,R=0.099593)xa0公式5xa0y=1565.1x-3.200xa0xa0(对于AH32,R=0.099593)xa0此处,y为根据厚度的最大外加角扭曲量,以弧度表示,而x为钢板的厚度,以mm为单位表示。从图12可推得,钢越厚,相同最大负载可生成的外加角扭曲量就越受到限制。xa0因此,通过比较计算得到的弹性区域外加角扭曲量dE和临界外加角扭曲量dF(S650),较小的值计作当前可施加于钢板的最优外加角扭曲量θM。xa0(5)计算加热线的强度和位置(S550)xa0图7示出了考虑初始外加变形的线加热方法中判定加热线位置和强度的流程图。xa0在前述的计算外加角扭曲量的步骤(S540)中,在获得最优外加角扭曲量θM的情况下计算得到考虑初始外加变形的临界角扭曲(S710)。xa0考虑正在处理的钢板的厚度、加热速率和加热强度,根据给定的外加角扭曲量,可通过试验获得根据所述外加角扭曲量的临界角扭曲。xa0通过试验,本发明的发明人基于向造船用的AH32钢以及软钢施加具体初始外加变形时生成的所述速率和厚度获得了变形特征。图13和14示出了这些试验的结果。xa0图13和14中,x轴上的各初始外加变形量以弧度表示,这样就可与部件的尺寸无关,并且值为0的情况是没有外加角扭曲量,即,图2所示的状态。xa0如下的公式6和7表示,使用如13和14所示的高频感应热源时,造船用的AH32钢和软钢各自的考虑了初始外加变形的变形特征。xa0公式6xa0 θ = θ plate + 1.1558 v 0.0851 h 0.3158 θ 0 1.5132 - - - ( AH 32 ) ]]>公式7xa0 θ = θ plate + 2.7892 v 0.0214 h 0.1295 θ 0 1.4955 ]]>(软钢)xa0此处,θplate为无初始外加变形时的角扭曲量,v为加热速率,h为钢板厚度,而θ0为以角度表示的外加角扭曲量。xa0使用如上的公式6和7,当具有θ0的外加角扭曲量时,若以加热速率v对厚度为v的钢板进行加热,则可获得角扭曲量θ。xa0因此,若考虑先前计算的弹性区域负载条件的最优外加角扭曲量是最优角扭曲量θM,在有最优角扭曲量的初始外加变形时,能够获得考虑给定条件下的初始外加变形的临界角扭曲量θFM。xa0通过获得如前所述的考虑初始外加变形的临界角扭曲量θFM,若在对加工对象施加初始外加变形的情况下对钢进行热加工,则可计算变形量。xa0一旦能够获得考虑初始外加变形的变形量,通过考虑恰当变形量计算加热线的强度和加热位置(S720)。xa0此处,通过考虑处理设计形状所需的外加角扭曲量,经由加热数据计算模块38可对使用考虑钢板初始外加变形进行计算的加热线的数量和位置进行计算。xa0加热数据计算模块38中,即使在对具体加热线(该加热线在给予钢板初始外加变形的情况下计算得到)进行加热之后仍然保持在弹性区域内的剩余外加角扭曲量进行计算(S730)。xa0此处,剩余外加角扭曲量表示,尽管考虑初始外加变形对加热线进行了处理,但仍未完全消除该初始外加变形而仍然存在的弹性变形量,并且表示若移除初始外加变形则会弹性回复的量。例如,在0.03弧度(rad)选为图13的x轴表示的临界外加角扭曲量中的外加角扭曲量的情况下,因某一具体的热操作xa0而物理/动态生成的最大角扭曲量为小于0.02弧度(rad)的值,如图13的y轴所示。因此,在所施加的外加角扭曲量0.03弧度与之际发生的扭曲量0.02弧度之间有剩余外加角扭曲量,所述剩余外加角扭曲量可为若移除初始外加变形则会弹性回复的值。xa0因此,根据剩余外加角扭曲量的大小,加热数据模块38判定是否需在对初始外加变形的角扭曲进行考虑的情况下重设加热线,或在对未考量初始外加变形的角扭曲进行考虑的情况下设置加热线。xa0若判定为需要在对初始外加变形的角扭曲进行考虑的情况下重设加热线,则进行附加计算以在钢板上生成加热线,从而形成考虑初始外加变形的角扭曲量,并且对如此生成的加热线进行热加工以移除剩余初始外加变形。xa0此后,在除去剩余初始外加变形的情况下,加热数据计算模块在不考虑初始外加变形的情况下计算另一加热线的临界角扭曲(S750),并且确定钢板的加热线和加热位置且生成加热数据(S760)。xa0一旦通过重复上述生成加热数据的步骤而完全生成一块钢板上多条需要加热的加热线,则完成加热数据的生成(S770)。xa0由加热数据计算模块生成的加热线数据可存储在数据库20中,或者输出至输出单元70。xa0图15和16示出了船坞中所使用的处理船体外部板的表面部件的相同的处理步骤中,未考虑初始外加变形的处理数据(加热线)和考虑初始外加变形的处理数据(加热线)的计算结果,xa0较之使用未考虑初始外加变形的现有方法生成的图15,可得知已考虑初始外加变形的图16中的加热线数量从6条减少为5条,并且加热线的布置顺序和其间的间隔也不同。就加热顺序而言,图16为仅当标为“1”的加热线生成时,才施加初始外加变形,并且判定其余的加热线不必有任何的初始外加变形效果,并且在不施加初始外加变形的情况下计算和设置这些加热线。xa0(6)处理表面(S560)xa0在处理表面(S560)的步骤中,约束和初始外加变形装置40基于由加热数据计算单元30计算得到的加热数据进行钢板的约束和初始外加变形,并且表面处理装置50执行表面处理操作。xa0(7)检查与设计形状的匹配(S570)xa0一旦初始外加变形装置40和表面处理装置50基于处理数据的处理完成,测量单元10再次执行测量,并且表面配准和变形率计算模块32执行表面配准处理,以检查当前处理形状是否与设计形状相匹配。xa0若设计形状与当前处理形状不匹配,重复输入设计形状数据和当前处理形状数据至数据库的第一步骤(S510),以输入测得的形状并且重复处理操作。xa0当经过上述操作使设计形状和处理形状匹配,所有处理操作完成。xa0尽管业已根据本发明的实施例描述了考虑初始外加变形的线加热方法和系统,本发明的技术思想不受本说明书中所述的实施例的限制,并且任何理解本发明的技术理念的本领域技术人员应能够通过对相同的技术思想进行补充、修改、删除和附加而容易地提出另一实施例,而这也应属于本发明的技术思想。xa0【工业可应用性】xa0如前所述,通过使用根据本发明实施例的考虑初始外加变形线加热方法,可在考虑初始外加变形的情况下执行热加工操作,以使得将钢板处理成设计形状时可以生成较少数量的加热线,由此缩短处理操作时间,并且改进处理操作效率。xa0
