基于固有应变法的钢板感应加热变形计算关键技术研究

摘要

水火弯板是目前船体复杂曲度板成型的主要工艺方法。由于钢板高频感应加热热源效率高、控制性能好，越来越多学者对其进行研究。学者对钢板感应加热变形的研究多采用热弹塑性有限元法，而对于多加热线情况下采用热弹塑性有限元法计算时间长且不易收敛，因此本文采用基于固有应变法的弹性有限元法来预测钢板感应加热变形，方便后续研究工作的开展。 首先利用有限元分析软件ANSYS对钢板移动式感应加热过程进行分析，其中包括钢板感应加热过程中温度、应变的基本规律。并通过实验测量了相关温度的数据，同时利用固有应变法预测钢板变形量、残余应力分布，数值计算结果与实验结果相吻合。 然后，论文对钢板感应加热的固有应变区展开研究。通过数值模拟试验得到固有应变区的分布规律和固有应变区的特征值，利用SPSS软件建立了钢板加热工艺参数与固有应变区特征参数之间的函数关系。利用10组仿真数据，验证了回归数学模型的准确性。同时，通过金相试验分析方法观察钢板样本的组织变化情况，并测量样本固有应变区的大小，结果显示与回归数学模型的计算结果一致。 最后通过提取塑性应变值并积分的方式，计算钢板感应加热过程中的固有应变值，利用温度载荷法加载固有应变，发现与热弹塑性有限元法计算结果之间存在一定的关系。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 预测钢板热加工变形的方法

1.3 钢板高频感应加热预测变形研究现状

1.4 本文主要工作

2 固有应变理论在钢板感应加热方面的应用

2.1 固有应变法的发展

2.1.1 残余塑性变形理论

2.1.2 固有应变理论

2.2 固有应变的基本理论与计算方法

2.2.1 固有应变的基本概念

2.2.2 公式计算法

2.2.3 固有应变的逆推算法

2.2.4 固有变形逆解析法

2.3 固有应变区的概念

2.4 固有应变计算

2.5 温度载荷法

2.6 小结

3 钢板感应加热的温度和变形行为研究

3.1 钢板移动式电磁感应加热多场耦合数值模型

3.2 钢板感应加热温度场的研究

3.2.1 钢板感应加热过程中温度实验结果分析

3.2.2 钢板感应加热过程中温度场的数值分析

3.3 钢板感应加热塑性应变研究

3.3.1 塑性应变沿垂直加热线方向的变化研究

3.3.2 塑性应变沿加热线方向的变化研究

3.4 预测钢板变形的实验验证

3.5 小结

4 钢板感应加热固有应变区特征参数的计算及验证

4.1 固有应变区数学模型的建立

4.1.1 钢板感应加热厚度方向未烧透时的固有应变区特征函数

4.1.2 钢板厚度方向烧透时的固有应变区特征函数

4.2 钢板感应加热过程中固有应变区的实验研究

4.2.1 钢板金相试样的准备及实验过程

4.2.2 金相组织观察与分析

4.2.3 金相实验结果分析

4.3 本章小结

5 一种简化预测钢板感应加热变形的计算方法

5.1 固有应变数据库的计算

5.2 一种简化计算钢板感应加热变形的公式

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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