基于ANSYS的感应加热数值模拟及感应器设计

发布时间：2017-04-23 23:16

  本文关键词：基于ANSYS的感应加热数值模拟及感应器设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前，在造船生产中，水火弯板工艺被广泛用于船体外板的加工制作。但在实际加工过程中发现，氧—乙炔火焰热源存在很多难以解决的问题和缺陷。随着造船工业的迅速发展，传统的水火弯板工艺逐渐成为整个造船生产流程自动化的瓶颈。因此，寻找一种更加合适的热源已经是迫在眉睫了。本课题正是以此为背景，研究将电磁感应加热这种高效节能的新方法用于船体外板的曲面成型加工过程。本文在前人研究的基础上，通过理论分析、有限元数值模拟等方法，对以下内容进行了研究： 1．参考水火弯板工艺温度场的分布，采用经验设计法设计感应器的形状。 2．建立电磁感应加热过程的有限元模型，通过各种加热参数的组合对电磁感应加热过程进行模拟，找出各加热参数对钢板上温度场分布的影响规律。 3．根据对温度场的数值模拟结果对感应器形状参数进行修正，优化感应器的设计。 4．根据有限元理论，建立了电磁感应加热钢板的热弹塑性变形的有限元数值模型，，针对不同的感应加热方式及参数组合对钢板变形进行较为系统的分析，找出各种加热参数对钢板局部变形规律的影响。 5．在总结研究成果的基础上，提出下阶段的研究方向、研究重点的建议。
【关键词】：水火弯板 感应加热 数值模拟 热弹塑性
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：U671
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 课题的工程背景8
• 1.2 传统水火弯板工艺的缺陷8-9
• 1.3 感应加热的原理及其主要特点9-11
• 1.4 课题的研究方法11-12
• 1.5 电磁感应的加热钢板研究现状12-14
• 1.6 感应加热数值模拟的发展现状及动态14-16
• 1.7 本文的工作16-17
• 2 感应加热的基本原理及特点17-23
• 2.1 基本定律17-18
• 2.1.1 比奥-萨法尔定律17
• 2.1.2 法拉第电磁感应定律17
• 2.1.3 焦尔定律17-18
• 2.2 集肤效应与集肤深度δ18-19
• 2.2.1 集肤效应18-19
• 2.2.2 集肤深度δ19
• 2.3 电磁感应加热的方式19-20
• 2.4 电磁感应加热的能量参数20-21
• 2.5 钢板中电磁场建立的滞后时间21-23
• 3 电磁感应加热过程的数值计算方法23-42
• 3.1 引言23-24
• 3.1.1 有限差分法23
• 3.1.2 积分方程法23
• 3.1.3 边界元法23
• 3.1.4 有限元法23-24
• 3.2 电磁场的基本理论24-26
• 3.2.1 安培环路定理24
• 3.2.2 法拉第电磁感应定律24
• 3.2.3 高斯电通定律24
• 3.2.4 高斯磁通定律24-25
• 3.2.5 Maxwell方程组的微分形式25
• 3.2.6 涡流场的Maxwell方程25-26
• 3.2.7 电磁场中常见的边界条件26
• 3.3 感应加热电磁场有限元数值模型26-30
• 3.3.1 钢板局部线加热模型26-27
• 3.3.2 基于矢量磁位 A的三维涡流有限元模型27-28
• 3.3.3 材料非线性电磁场的数值计算28-30
• 3.4 钢板中温度场的有限元计算30-35
• 3.4.1 感应加热温度场的数学模型30-31
• 3.4.2 材料非线性温度场的计算方法31-33
• 3.4.3 感应加热的能量热损失33-35
• 3.5 感应加热过程的热弹塑性有限元计算方法35-42
• 3.5.1 材料塑性变形过程中的基本准则及假定35-39
• 3.5.2 材料热弹塑性计算的基本方程39-40
• 3.5.3 材料弹塑性计算的有限元公式40-42
• 4 感应加热的数值模拟及感应器的设计42-64
• 4.1 ANSYS中电磁——热耦合场的分析方法42-45
• 4.1.1 ANSYS中耦合场的计算方法及流程42-43
• 4.1.2 ANSYS中材料非线性问题的计算方法43-45
• 4.1.3 ANSYS中辐射和对流的计算方法45
• 4.2 静止式感应加热的ANSYS模拟及感应器设计45-57
• 4.2.1 电流密度及加热时间对收缩量的影响46-47
• 4.2.2 电流频率及加热时间对收缩量的影响47
• 4.2.3 感应器长度对钢板收缩量的影响47-48
• 4.2.4 感应器长度对钢板收缩量的影响48-49
• 4.2.5 感应器距板边的距离对钢板收缩量的影响49
• 4.2.6 静止式感应器的设计49-57
• 4.3 移动式感应加热的数值模拟及感应器设计57-64
• 4.3.1 模型建立及网格划分58
• 4.3.2 加载及定义边界条件58-59
• 4.3.3 进行瞬态循环增量分析59
• 4.3.4 移动式感应加热模拟的结果与分析59-64
• 总结与展望64-65
• 参考文献65-67
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况67-68
• 致谢68-69
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书69

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 刘本东;焦兵锋;李德胜;;一种感应微加热器的设计[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 王劲;高强精轧螺纹钢筋连续感应热处理及控制变形研究[D];机械科学研究总院;2011年

2 李雷;高速包装机感应加热封合问题的研究[D];上海交通大学;2011年

3 汤猛猛;铜铝导管接头感应加热参数敏感性研究[D];上海交通大学;2012年

4 杨玉龙;钢板高频感应加热过程中温度场的数值研究[D];大连理工大学;2011年

5 常士家;注射机料筒电磁感应加热温度数学模型及数值模拟的研究[D];北京化工大学;2010年

6 马玉荣;镁合金保温炉内温度场数值模拟[D];东北大学;2008年

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本文编号：323195