跟踪水冷Q345D钢板高频感应加热成形有限元建模及模拟研究

发布时间：2017-08-02 15:17

  本文关键词：跟踪水冷Q345D钢板高频感应加热成形有限元建模及模拟研究

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【摘要】：随着科技的进步和综合国力的显著提升,各产业对材料成形的要求也越来越高。特别是在船舶弯板制造过程中更是要求产品要高质高效低成本。由于水火弯板成形在工艺上的瓶颈和短板,传统的水火弯板热应力成形方法将不能满足实际生产要求,而由高频感应加热的船板热应力成形技术逐步代替,由于船舶弯板制造中采用高频感应加热的工艺无论在其加热效率还是自动化控制等方面的明显优势。因此该工艺受到了国内外专家学者的广泛关注。本文首先将自制用于弯板成形钢板的拉伸试样,对温度在23℃-1000℃,应变速率分别为0.0011S--0.11S-的试样进行拉伸实验,通过ORIGIN处理获得材料的真实应力-应变曲线,得出材料屈服强度、抗拉强度、硬化指数、强度系数以及应变速率敏感系数,并建立基于温度和应变速率的本构方程。将获得的本构方程导入ANSYS中,利用APDL编程语言建立基于跟踪水冷高频感应移动加热模拟分析的多物理场耦合的三维有限元模型,实现其电磁场、温度场和应力场多物理场的耦合计算。进一步运用APDL程序对比研究空气自然冷却和跟踪水冷却对弯板高频感应加热成形的影响,分析不同冷却方式下弯板的温度场和应力场的变化情况。利用验证过的APDL程序,批量改变程序中移动加热线圈的速度和加热功率等参数,研究加热线圈不同移动速度和加热功率对弯板弯曲角度和曲率半径的影响。结果表明,弯板高频感应热应力成形过程中,工艺参数对弯板的成形影响是非线性的。通过对数据的处理,选取大量工艺参数做进一步细化的模拟分析,研究单道次下弯板高频感应热应力成形中弯曲角度、曲率半径和工艺参数的函数关系并求解最优工艺参数。
【关键词】：APDL 本构方程 跟踪水冷 高频感应加热 弯板成形
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U671.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-22
• 1.1 引言8-10
• 1.2 高频感应加热成形的理论基础10-13
• 1.2.1 焦耳热效应10-11
• 1.2.2 磁滞损耗效应11
• 1.2.3 涡流分布与集肤效应11-13
• 1.3 高频感应加热有限元算法13-17
• 1.3.1 电磁场基本理论13-15
• 1.3.2 热分析基本理论15-16
• 1.3.3 耦合场分析基本理论16-17
• 1.4 国内外研究现状17-20
• 1.5 研究内容20-22
• 第二章 Q345D船板中、高温本构方程研究22-34
• 2.1 前言22
• 2.2 实验材料及实验方案22-24
• 2.2.1 实验材料及试样准备22-23
• 2.2.2 实验设备23
• 2.2.3 研究方案23-24
• 2.3 结果分析24-31
• 2.3.1 力学性能分析24-29
• 2.3.2 本构方程29-31
• 2.4 本构方程的验证31-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 跟踪水冷高频感应弯板成形三维移动有限元建模研究34-42
• 3.1 前言34
• 3.2 模拟模型34-39
• 3.2.1 材料参数的确定34-35
• 3.2.2 移动加热线圈的简化35-36
• 3.2.3 单元选择定义及网格划分36-37
• 3.2.4 电磁-热-力多物理场耦合的实现37-38
• 3.2.5 约束和边界条件38-39
• 3.3 跟踪水冷对高频感应加热弯板成形影响分析39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 跟踪水冷高频感应弯板成形三维移动有限元模拟研究42-56
• 4.1 前言42
• 4.2 线圈移动速率对弯板成形的影响42-48
• 4.2.1 模拟方案制定42-43
• 4.2.2 模拟结果分析43-48
• 4.3 线圈加热功率对弯板成形的影响48-53
• 4.3.1 模拟方案制定48
• 4.3.2 模拟结果分析48-53
• 4.4 多道次高频感应加热对弯板成形的影响53-55
• 4.4.1 模拟方案制定53
• 4.4.2 模拟结果分析53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 跟踪水冷高频感应弯板成形目标与工艺参数函数分析56-64
• 5.1 前言56
• 5.2 模拟方案56-57
• 5.3 工艺参数与弯曲角度的分析57-60
• 5.3.1 弯曲角度模拟结果57-58
• 5.3.2 弯曲角度数据表58
• 5.3.3 各工艺参数和弯曲角度的函数拟合58-60
• 5.4 工艺参数与曲率半径的分析60-63
• 5.4.1 曲率半径模拟结果60-61
• 5.4.2 曲率半径数据表61-62
• 5.4.3 各工艺参数和曲率半径的函数拟合62-63
• 5.5 本章小结63-64
• 第六章 结论与展望64-66
• 6.1 结论64-65
• 6.2 展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表的论著及取得的科研成果71

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本文编号：609912