钢板移动式感应加热水火弯板工艺的研究

发布时间：2017-08-13 03:06

  本文关键词：钢板移动式感应加热水火弯板工艺的研究

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【摘要】：在船厂,通常采用气体火焰(氧乙炔等)为热源的水火弯板工艺完成船舶双曲率外板的成型作业。水火弯板工艺利用钢材热胀冷缩的原理,使钢材产生残余塑性变形达到钢板弯曲变形的目的。气体火焰热源存在加热效率低,可重复性差,不利于自动化操作等缺点。而感应加热在以上方面均表现出其独特的优势。随着感应热源技术的不断成熟,感应加热水火弯板工艺得到越来越多学者的关注。为了实现双曲率外板感应加热过程自动化,得到感应加热工艺参数与钢板变形的数学模型。本文针对钢板移动式感应加热水火弯板工艺问题,依据ANSYS有限元分析软件,采用节点耦合约束技术,建立了钢板移动式感应加热的电磁-热-结构耦合的数值模型,研究多场耦合条件下钢板的温度和变形机理,并利用钢板感应加热实验验证了数值模型的有效性。然后,在帆型板移动式感应加热的工艺研究中,为了克服感应加热的端部效应给钢板端部收缩变形带来的不利影响,分别提出了感应器出钢板板边与钢板端部三角加热的端部成型工艺。两种加热工艺利用端部效应下的外扩涡流,扩大钢板端部的加热面积,增加钢板端部横向收缩量。实验测量数据与数值分析结果均说明这两种加热工艺方式均能有效地减小端部效应对钢板端部收缩变形的影响,能够有效地满足船厂帆形板的成型要求。在鞍形板移动式感应加热的工艺研究中,提出了鞍形板移动式感应加热的电磁-热-结构耦合的数值模型,分析了鞍形板感应加热过程中的涡流特征,变形分布。最后,在上述研究的基础上,提出了辊弯板移动式感应加热局部变形的简化计算模型。依据帆形板和鞍形板移动式多场耦合数值模型,引入热影响区的概念,建立了热影响区特征参数与感应加热工艺参数之间函数关系。然后分别提出帆形板、鞍形板的变形数学模型,建立起钢板横向收缩量与热影响区特征参数之间的函数关系。以热影响区特征参数为纽带,建立起辊弯板横向收缩量与工艺参数之间的数学模型,为下一步辊弯板感应加热水火弯板成型工艺参数数据库的建立奠定了基础。
【关键词】：船舶工程 外板成型 水火弯板 感应加热 数值模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U671.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 研究背景和意义9-12
• 1.2 船体板感应加热的研究现状12-19
• 1.2.1 感应加热的温度场分析13-15
• 1.2.2 感应加热的变形分析15-19
• 1.3 本文的主要工作19-23
• 2 钢板移动式感应加热电磁-热-结构耦合的有限元模型23-55
• 2.1 钢板感应加热原理23-28
• 2.1.1 感应加热理论23-26
• 2.1.2 温度场理论26-27
• 2.1.3 结构变形理论27-28
• 2.2 钢板移动式感应加热多场耦合数值模型28-32
• 2.3 钢板移动式感应加热实验32-42
• 2.3.1 实验设备32-34
• 2.3.2 实验布置34-36
• 2.3.3 结果与讨论36-42
• 2.4 工艺参数分析与横向收缩变形预测42-54
• 2.4.1 钢板感应加热的正交试验设计42-45
• 2.4.2 钢板感应加热影响因素的数值分析45-52
• 2.4.3 横向收缩量回归模型及预测52-54
• 2.5 小结54-55
• 3 帆形板移动式感应加热的工艺研究55-76
• 3.1 感应加热出板边的加热工艺55-63
• 3.1.1 感应器出板边的感应加热实验55-59
• 3.1.2 感应器出板边的数值分析59-63
• 3.2 帆形板移动式三角感应加热工艺63-75
• 3.2.1 帆形板的移动式电磁-热-结构耦合的数值模型64-65
• 3.2.2 三角感应加热工艺65-66
• 3.2.3 三角加热的数值实验分析66-70
• 3.2.4 帆形板三角移动式感应加热工艺参数的分析70-75
• 3.3 小结75-76
• 4 鞍形板移动式感应加热的工艺研究76-86
• 4.1 鞍形板的移动式电磁-热-结构耦合的数值模型76-79
• 4.2 鞍形板的感应加热实验79-80
• 4.3 鞍形板的感应加热数值分析80-81
• 4.4 鞍形板移动式感应加热工艺参数的分析81-85
• 4.4.1 鞍形板加热线中心处温度变化规律81-84
• 4.4.2 鞍形板横向收缩量变化规律84-85
• 4.5 小结85-86
• 5 辊弯板移动式感应加热局部变形的简化计算模型86-100
• 5.1 热影响区的建立86-90
• 5.1.1 帆形板热影响区的建立87-89
• 5.1.2 鞍形板热影响区的建立89-90
• 5.2 横向收缩变形量的简化计算力学模型90-98
• 5.2.1 帆形板简化计算模型90-95
• 5.2.2 鞍形板简化计算模型95-98
• 5.3 小结98-100
• 6 总结与展望100-102
• 6.1 工作总结100-101
• 6.2 展望101-102
• 参考文献102-106
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况106-107
• 致谢107-108

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 滕国杰;感应加热的端部效应分析[J];电炉;1984年01期

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本文编号：665046