为了满足船体机械强度和流体动力学性能,通常30%~40%船体曲板具有复杂曲率分布,需要由工人采用火焰凭经验反复加工,具有较低的生产效率,并会产生大量的二氧化碳和噪声。而电磁加热具有热源易于精确控制、环境清洁、加热效率高等优点,能够解决火焰加热本身难以避免的问题。因此,本文主要研究采用电磁加热进行船用钢板成形。但是由于电磁集肤效应会产生过于集中的热生成率,使得上表面温度过高而导致材料机械性能退化,并且下表面温度可能很低,即加热深度太小而不能产生足够的变形。针对以上的问题,本文首先开发了双回路电流反向、内部带间隙和水冷的感应器(ODIG)。提出了动态移动感应器和动态重建周围空气的方法,开发了多物理场交互耦合数值分析流程,并采用ANSYS建立了相应的有限元模型,搭建了实验装置平台进行可靠性验证。然后研究了工艺参数对温度场特征形状参数(Tum、b和h)和变形(θ_z和δ_z)的影响,构建了温度场特征形状参数的无量纲预测和变形的智能预测模型。最后,采用前面建立的方法对不同结构的感应器性能进行对比分析,提出了构建温度场特征形状参数综合因子F的方法,用于对ODIG感应器结构参数进行优化研究。本文具体的主要研究内容如下:1.首先开发了双回路电流反向、内部带间隙和水冷的感应器(ODIG),建立电磁场、温度场和变形场数学模型,讨论各个物理场的交互耦合、边界条件和求解方法等,分析得出解析解是难以获得的。然后提出了动态移动感应器和动态重建周围空气的方法,开发了移动电磁-热交互耦合数值分析流程,解决了材料特性移动导致网格规模巨大的问题。采用ANSYS建立了移动电磁-热交互耦合有限元模型,再将所获得的瞬态温度场作为载荷,进行移动热-结构耦合有限元分析。最后,对电磁场、温度场和变形场进行了算例分析。结果表明,可以获得两个半椭球形的热生成率分布,前后线圈的间距可以促进热传导,前线圈作为预加热、后线圈实现二次加热,从而提高加热深度,并且变形沿加热线方向变化趋于稳定。2.构建了船用钢板移动电磁加热成形实验平台装置,详细介绍了电磁加热实验设备的性能参数。采用C++开发了电磁加热弯板成形数控人机交互系统,介绍了每个实验模块的功能及操作流程。然后采用两个不同尺寸钢板进行实验,采用温度采集仪测量了对应测温点(C1、R1、S1和C2、R2、S2)的温度历时曲线,采用激光位移测距仪测量了不同X轴位置处的横向角变形θ_z,与数值模拟结果进行了对比验证。结果表明,前面建立的多物理场有限元模型具有足够的可靠性,两个不同尺寸钢板的变形是一致的。3.提出了移动电磁加热的温度场特征形状参数,包括最高温度Tum、加热宽度b和深度h,用于衡量船用钢板的热变形。采用前面章节所建立的多物理场交互耦合有限元模型,研究分析感应器与钢板间隙g、移动速度v、电流峰值Ip、电流频率f、钢板厚度H等因素对温度场特征形状参数(Tum、b和h)的影响。然后构建了五水平多因素正交试验研究方案,采用多变量方差分析方法提取了四个关键影响因素,包括g、Ip、v和f,并建立了温度场特征形状参数(Tum、b和h)的无量纲回归预测模型。结果表明,该模型可以快速预测温度场特征形状参数(Tum、b和h),有效防止过热导致材料机械性能退化,以及提高加热深度,还能为下一阶段规划合适的工艺参数组合提供技术支撑。4.采用前面章节建立的多物理场交互耦合有限元模型,研究分析感应器与钢板间隙g、移动速度v、电流峰值Ip、电流频率f、钢板厚度H等对船用钢板横向变形(横向弯曲角变形θ_z和横向收缩变形δ_z)的影响。然后对感应器与钢板间隙g、移动速度v、电流峰值Ip、钢板厚度H、加热线长度L分别取5个水平,进行全水平试验(3125组)并随机选取200组作为试验方案。最后,在沿加热线方向选取5个不同位置Lm分别获取相应的变形(θ_z和δ_z),构建了变形的智能预测数学模型。结果表明,该模型可以为下一阶段研究规划工艺参数组合和开发智能成形装备提供技术支撑。5.在前面研究的基础上,首先引入另外两种不同结构的感应器,即单回路感应器(SC)、双回路电流反向和内部不带间隙感应器(ODING)。然后分别建立对应的移动电磁-热交互耦合有限元模型,对比分析了所获得的热生成率和温度场特征形状参数(Tum、b和h),从而验证第二章开发的ODIG感应器结构的良好性能。最后,提出了构建温度场特征形状参数综合因子F的方法,用于对ODIG感应器结构参数的优化,并与采用加热线中间位置的变形(θ_z和δ_z)进行优化的结果进行对比。结果表明,该流程方法可以用于优化其他结构的感应器参数,只需要进行电磁-热分析,而不需要进行费时的热弹塑性分析。