高强钢薄板切割变形的机理研究及预控分析

王江超1,2，杜仕忠3，陈相飞3，牛业兴3，杨洋1，赵宏权4，吴磊5（1 华中科技大学 船舶与海洋工程学院；2 高新船舶与深海开发装备协同创新中心；3 上海振华重工启东海洋工程股份有限公司；4 江苏海事职业技术学院 船舶与海洋工程学院；5 华中科技大学 机械科学与工程学院）

摘要:［目的］为有效控制高强钢薄板的火焰切割精度，研究切割面外失稳变形及面内弯曲变形的产生机理，提出动态辅助加热减小火焰切割变形的工艺方法。［方法］以3mm厚的Q550板材为研究对象，通过火焰切割试验和三坐标测量等方法，观测到高强钢薄板切割件的面外失稳变形和面内弯曲变形；应用大变形理论的热−弹−塑性有限元计算，分析高强钢薄板切割的热力学响应，以及辅助加热对高强钢薄板切割变形的影响。［结果］预测的切割变形趋势和数值，都与实际测量结果高度吻合；在远离割缝区域辅助加热，切割面外失稳变形可降低90%，且面内弯曲变形降低40%以上。［结论］基于切割变形产生的力学机理，可采用不同的辅助加热工艺，提高薄板火焰切割的精度；同时，应用高通量的热-弹-塑性有限元计算，可以得到减小火焰切割变形的优化工艺，指导高强钢薄板的高精度建造。

关键词：薄板切割变形；热−弹−塑性有限元计算；辅助加热工艺；反向弯曲力矩；纵向收缩力；有限元法