钢板感应加热及热弹塑性变形的数值模拟研究

摘要

水火弯板是钢板无模成型工艺中一项极具特色的技术,目前广泛应用于造船生产中船体曲板的制作.随着造船工业迅速发展,传统的水火弯板工艺已经无法完成大量钢板加工任务,因此这项工艺逐渐成为整个造船生产流程的瓶颈.其中一个重要的原因就是原有的氧-乙炔焰的加热方式存在着许多弊端,因此寻找一种更加合适的热源已经是摆在造船生产面前的一个重要课题.该课题正是在以上背景的基础上,探讨将感应加热这种高效节能的热源应用到水火弯板中的方法.为辅助课题的开展,该文在前人研究成果的基础上,对钢板感应加热以及热弹塑性变形的数值模拟方法进行了研究,其主要内容概括如下:1.从水火弯板工艺的特点以及感应加热的机理入手,将氧-乙炔焰加热同感应加热的优缺点相互对比,从感性上得出感应加热是一种非常适合于水火弯板工艺的加热方式的结论;2.对感应加热的有限元计算理论进行研究,从电磁学和热学的角度出发,得出了解决感应加热这种特殊的磁-热耦合现象的数学方法,并给出了计算模型;3.结合有限元理论,探讨了利用ANSYS软件实现感应加热的数值模拟方法,并分别对静止式和移动式的感应加热进行模拟,从多方面角度对模拟的结果进行了详细分析,从理性上分析了感应加热的优点;4.从有限元理论出发,对钢板热弹塑性变形的数值模拟方法进行了研究,推导了热弹塑性变形的数值计算模型;5.结合有限元理论,探讨了利用ANSYS软件模拟感应加热后钢板的热弹塑性变形,并利用计算结果分析了感应加热温度场同热弹塑形变形分布的对应关系;6.简单介绍了目前实验室引进的成套感应加热设备以及实验中所用到的各种测量仪器,并结合实验结果对计算结果进行了比较验证,分析了导致误差出现的多方面原因.7.在总结前期研究成果的基础上,提出了提高模拟计算精度的方案,以及课题下一阶段所要开展的工作.

目录

文摘

英文文摘

1前言

1.1课题的工程背景

1.2水火弯板工艺的简单介绍

1.3氧乙炔焰加热的主要缺陷

1.4感应加热的原理及其主要特点

1.5课题的研究方法和研究现状

1.5.1研究方法

1.5.2研究现状

1.6本文的工作

2感应加热的有限元计算模型

2.1引言

2.2感应加热电磁场中涡电流的计算方法

2.3感应加热温度场分布的计算方法

2.4感应加热中材料非线性有限元计算的解决方法

2.4.1材料非线性电磁场有限元计算方法

2.4.2材料非线性温度场有限元计算方法

2.4.3非线性问题求解的基本方法

3感应加热的数值模拟技术在ANSYS软件上的实现

3.1引言

3.2静止式感应加热的ANSYS模拟方法

3.2.1实现过程中存在的问题及其解决方法

3.2.2实现的基本过程与步骤

3.2.3命令行的编写

3.3静止式感应加热的模拟结果与分析

3.4移动式感应加热的ANSYS模拟方法

3.5移动式感应加热模拟的结果与分析

4热弹塑性分析的有限元计算模型

4.1引言

4.2分析水火弯板动态过程的塑性理论

4.2.1材料性能的假设

4.2.2强化准则

4.2.3屈服准则

4.2.4流动准则

4.2.5增量理论

4.3弹塑性应力—应变关系

4.3.1弹性范围内应力—应变关系

4.3.2塑性范围内应力—应变关系

4.4弹塑性矩阵的表达式

5热弹塑性数值模拟技术在ANSYS软件上的实现

5.1热弹塑性的ANSYS模拟方法与步骤

5.2热弹塑性分析的模拟结果与分析

5.3热弹塑性变形与温度场分布的关系

6计算结果的实验验证

6.1感应加热设备

6.2实验测量仪器及测量方法

6.3计算结果与实验结果比较

6.4结论

7总结与展望

参考文献

致谢

研究生期间参与的项目及论文发表情况

大连理工大学学位论文版权使用授权书