三维移动式感应加热弯板成形有限元模拟研究

发布时间：2017-07-25 20:23

  本文关键词：三维移动式感应加热弯板成形有限元模拟研究

  更多相关文章： 热应力成形 高频感应加热 ANSYS-APDL 耦合分析 移动热源模型

【摘要】：热应力成形技术广泛的应用于汽车、轮船的制造过程中,板材弯曲成形技术是其中的重要阶段。随着科学技术的发展,制造业对该技术提出更高的要求,因此高频感应加热成形技术应运而生,为了提高生产效率,适应自动化生产的要求,编制高频感应加热弯板成形工艺数据库迫在眉睫,而高准确度的有限元模型的建立在后续大规模的模拟计算中起到关键作用。本文首先对感应加热原理中的电磁场与温度场有限元理论展开研究,利用ANSYS-APDL编程语言建立电磁-热-应力多物理场耦合三维有限元模型,实现了电磁场、温度场、结构场多物理场耦合,并且建立了三维移动式高频感应磁热耦合热源。模型中通过高温拉伸实验采集感应加热钢板材料的材料参数,并将测得材料参数用于有限元模拟计算。通过对比验证,本文建立的三维移动式高频感应加热弯板成形有限元模型是具有可行性和可靠性的。通过改变线圈的热源移动速度、线圈加热功率、加热道次来研究钢板的弯曲变形情况,研究表明,钢板弯曲角度θ随着热源移动速度的增加先略微增大后呈线性减小,钢板冷却后曲率半径随着热源移动速度先急剧增大后缓慢增大并趋于平稳；钢板弯曲角度θ随着加热功率的增加先线性增大后增大缓慢并趋于平缓,曲率半径随着加热功率的增大先线性急剧减小后缓慢减小；钢板的弯曲角度随着加热道次的增加而逐渐增大。用验证后的有限元模型进行大量的模拟计算,得出不同功率、不同热源移动速度下钢板弯曲变形规律,并编制出加工工艺数据表。最后通过MATLAB优化计算得出本文加工工艺参数的最优值,并得到了弯曲角度、曲率半径关于加热功率、热源移动速度的函数关系式。
【关键词】：热应力成形 高频感应加热 ANSYS-APDL 耦合分析 移动热源模型
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG307
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 选题意义10-12
• 1.2 国内外的研究现状12-17
• 1.3 本文的主要工作与研究方案17-19
• 第二章 高频感应加热原理及有限元基本理论19-29
• 2.1 前言19
• 2.2 感应加热原理19-22
• 2.2.1 感应焦耳热效应19-21
• 2.2.2 磁滞损耗效应21
• 2.2.3 涡流在船板表层中的分布21-22
• 2.3 感应加热过程中电磁场有限元算法22-26
• 2.3.1 电磁场基本理论与定律22-24
• 2.3.2 瞬态感应涡流场有限元数学模型24-26
• 2.4 感应加热温度场有限元算法26-27
• 2.4.1 热传导数学计算模型的建立26-27
• 2.5 本章小结27-29
• 第三章 基于ANSYS-APDL语言三维移动式高频感应加热弯板成形有限元建模29-52
• 3.1 ANSYS-APDL语言29
• 3.2 材料参数29-33
• 3.2.1 力学参数实验29-32
• 3.2.2 其他材料参数32-33
• 3.3 有限元模型的建立33-39
• 3.3.1 加热线圈的简化33-35
• 3.3.2 ANSYS分析单元属性的定义与网格划分35-37
• 3.3.3 载荷、约束与初始条件37-39
• 3.4 耦合热源移动的实现39-41
• 3.5 电磁-热-应力耦合分析的实现41-47
• 3.5.1 耦合场计算方法41
• 3.5.2 电磁-热耦合过程41-44
• 3.5.3 温度场冷却过程44
• 3.5.4 热-应力耦合过程44-46
• 3.5.5 ANSYS-APDL计算流程图46-47
• 3.6 模拟结果分析47-51
• 3.6.1 温度场演变47-48
• 3.6.2 应力场演变48-49
• 3.6.3 Y方向位移演变49-51
• 3.6.4 模拟实验验证51
• 3.7 本章小结51-52
• 第四章 基于三维移动式高频感应加热成形有限元模型工艺参数影响分析分析52-66
• 4.1 前言52
• 4.2 热源移动速度对钢板弯曲变形的影响52-57
• 4.2.1 模拟方案52-53
• 4.2.2 模拟结果53-57
• 4.3 加热功率对钢板弯曲变形的影响57-62
• 4.3.1 模拟方案57
• 4.3.2 模拟结果57-62
• 4.4 加热道次对钢板弯曲变形的影响62-65
• 4.4.1 模拟方案62-63
• 4.4.2 模拟结果63-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 弯曲角度、曲率半径与工艺参数间关系函数分析66-73
• 5.1 前言66
• 5.2 模拟方案的制定66-67
• 5.3 热源移动速度、加热功率与弯曲角度之间关系函数分析67-69
• 5.3.1 弯曲角度模拟结果分析67
• 5.3.2 弯曲角度加工工艺数据表67-68
• 5.3.3 弯曲角度关于热源移动速度、加热功率的函数拟合68-69
• 5.4 热源移动速度、加热功率与曲率半径之间关系函数分析69-72
• 5.4.1 曲率半径模拟结果分析69-70
• 5.4.2 曲率半径加工工艺数据表70-71
• 5.4.3 曲率半径关于热源移动速度、加热功率的函数拟合71-72
• 5.5 本章小结72-73
• 第六章 结论73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-80
• 作者攻读硕士学位期间发表的论著及取得的科研成果80

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本文编号：573110