基于固有应变法的钢板多加热线感应加热变形预测方法研究

发布时间：2020-03-20 12:45

【摘要】：船舶双曲率外板的制造通常采用氧乙炔为热源的水火弯板工艺,由于钢板高频感应加热热源具有效率高,控制性好,速度快等优点,越来越多的学者对其进行研究。钢板感应加热变形的研究多采用热弹塑性有限元模型,但多加热线感应加热的情况较为复杂,若再采用热弹塑性有限元模型来预测,则计算量极大并且十分困难。因此采用固有应变法,使得钢板多加热线感应加热变形的快速计算成为可能。本文首先介绍了固有应变的基础理论,对固有应变的计算和固有应变的加载方式进行了详细的阐述,考虑到钢板在加热过程中的硬化问题,将双线性强化模型推理想弹塑性模型进行了对比,分析了材料模型的选择对钢板感应加热固有应变计算的影响。钢板感应加热固有应变区的研究采用热弹塑性有限元模型,利用有限元分析软件ANSYS,采用节点耦合技术,建立钢板移动式感应加热的电磁-热-结构耦合数值模型,对钢板移动式感应加热进行数值模拟。通过对钢板感应加热温度的分析,确定了固有应变区的形状,并为方便计算简化为半椭圆形和梯形。经过对多组模拟方案的分析,得到固有应变区的特征值与钢板感应加热的工艺参数的函数关系。钢板焊接和感应加热都为热加工,其热弹塑性过程一致,因此固有应变法同样适用于钢板感应加热的变形预测。本文选用三棒模型作为推导钢板感应加热固有应变的分析模型,以理想弹塑性模型作为材料模型,对钢板感应加热过程中的热弹塑性过程进行分析,以钢板达到的最高温度为界,得到相应的钢板感应加热固有应变计算公式。采用实验法和数值模拟法对钢板多加热线感应加热变形进行研究,由于多加热线之间的相互作用,导致钢板多加热线感应加热变形与单加热线的不同,并与加热线的间距有关。考虑到多加热线感应加热对固有应变区的影响,本文提出了多加热线感应加热固有应变区影响系数,在采用固有应变法计算钢板多加热线感应加热变形时,对固有应变区施加影响系数,从而能够准确预测变形。将固有应变沿着固有应变进行积分得到等效载荷,然后将其加载到钢板模型上,经过一次弹性计算得到钢板感应加热变形。将基于固有应变等效载荷法预测的钢板单加热线感应加热变形值与实验值进行对比,验证了感应加热固有应变力学模型的准确性。最后对固有应变法预测的钢板多加热线感应加热变形也进行了验证,结果表明,对多加热线感应加热固有应变区施加影响系数具有合理性和准确性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U671

【参考文献】

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本文编号：2591798