激光辅助加热变高度辊模成形有限元分析及辅助加热系统研究

发布时间：2017-05-03 14:05

  本文关键词：激光辅助加热变高度辊模成形有限元分析及辅助加热系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：汽车轻量化是当今汽车工业的发展方向,先进高强钢变截面构件,可以在载荷一定的条件下减轻质量,利用辊弯成形工艺方法将超高强钢板材制成能达到最好截面力学性能的变截面梁类构件,是尚未完全解决的工程问题。本课题在提出并完成的定模动辊变截面辊弯成形生产线样机研制的基础上,利用金属在高温状态下强度降低,塑性和延展性增大的特点,以DP980超高强钢为研究对象,采用对板料折弯区进行区域加热的方法,提出激光辅助加热变高度辊模成形方法。本文通过高温拉伸试验得到了DP980高强度板在400℃、450℃、500℃、550℃、600℃和650℃下的材料力学性能参数及相对应的应力-应变曲线,分析对比各温度下的屈强比σs/σb、强屈差σs-σb及均匀伸长率δj,结果表明400℃至500℃之间较适合材料塑性成形,500℃以上表面氧化现象严重,最终确定450℃为成形加热温度。基于热力耦合的分析方法,在大型有限元分析软件ABAQUS中建立激光辅助加热变高度辊模成形过程的分析模型,并在板料折弯区设置450℃表面热载荷。通过有限元仿真,得到了板料在常温和450℃下的温度场、应力场、应变场分布以及轧辊成形力数据。分析结果对比发现,DP980板材在450℃状态下成形比常温状态下成形最大轧辊成形力减小60%,综合成形效果有所改善。基于确定的材料成形加热温度,针对激光的危险性,采用远程PID温度控制,实现激光辅助加热系统设计开发。温度控制器采用单片机系统,对控制板、驱动板、WIFI模块、激光器、温度传感器等进行硬件选型,搭建了系统硬件平台。采用上位机-下位机控制系统结构,通过单片机WIFI模块实现上位机与下位机的数据通讯,从而实现操作人员对激光器的远程控制。基于VC++ MFC应用程序框架,开发上位机控制系统,利用单片机,通过数字量与模拟量控制,实现了两台激光器开关、功率大小调节、温度规划、温度采集、数据反馈功能。
【关键词】：激光加热 变高度辊模成形 高强度钢 有限元分析 控制系统
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG306;TN249
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 辊弯成形技术研究现状及特点9-15
• 1.1.1 国外研究现状9-11
• 1.1.2 国内研究现状11-14
• 1.1.3 传统辊弯成形技术优点及缺陷14-15
• 1.2 激光热成形技术及研究现状15-18
• 1.2.1 激光热成形技术应用15-17
• 1.2.2 激光热成形技术研究现状17-18
• 1.3 本文主要研究内容18-19
• 1.3.1 本文研究内容18
• 1.3.2 本文研究难点18-19
• 第二章 激光热成形技术理论研究19-25
• 2.1 激光产热原理19-20
• 2.2 激光热应力成形机理20-24
• 2.2.1 温度梯度机理21-22
• 2.2.2 屈曲机理22-23
• 2.2.3 增厚机理23-24
• 2.3 本章总结24-25
• 第三章 激光辅助加热变高度辊模成形有限元分析25-43
• 3.1 变高度辊模成形技术概述25-30
• 3.1.1 变截面辊弯成形缺陷25-26
• 3.1.2 变高度辊模成形技术成形原理26-28
• 3.1.3 变高度辊模生产线成形工艺28-30
• 3.1.4 变高度辊模成形工艺的优点30
• 3.2 高温单向拉伸试验30-34
• 3.3 有限元模型的建立34-37
• 3.3.1 模型的简化34-35
• 3.3.2 模型网格划分35-36
• 3.3.3 轧辊运动轨迹设置36
• 3.3.4 热载荷的设置36-37
• 3.4 有限元结果分析37-42
• 3.4.1 温度场结果分析37-38
• 3.4.2 应力应变结果分析38-40
• 3.4.3 轧辊成形力分析40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 基于单片机系统的激光辅助加热系统研究43-66
• 4.1 ARDUINO控制系统简介43
• 4.2 激光辅助加热系统整体设计43-45
• 4.3 硬件选型45-53
• 4.3.1 激光器选型45-47
• 4.3.2 控制板选型47-48
• 4.3.3 驱动板选型48-49
• 4.3.4 WIFI模块选型49-50
• 4.3.5 温度传感器选型50-53
• 4.4 硬件结构设计53-54
• 4.5 PID恒温控制54-57
• 4.6 上位机控制系统软件开发57-61
• 4.6.1 上位机控制系统软件结构57-58
• 4.6.2 上位机控制系统流程58-59
• 4.6.3 上位机控制系统开发59-61
• 4.7 下位机控制系统软件开发61-65
• 4.7.1 下位机控制系统软件结构61
• 4.7.2 下位机控制系统流程61-63
• 4.7.3 下位机控制系统开发63-65
• 4.8 本章小结65-66
• 第五章 结论与展望66-68
• 5.1 主要结论66
• 5.2 研究展望66-68
• 参考文献68-72
• 在学期间的研究成果72-73
• 致谢73

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本文编号：343134