船板高频感应加热关键点变形规律研究

研究船板高频感应加热关键点的变形规律在船体曲面成形中是非常重要的。本文运用ANSYS建立船板高频感应加热成形有限元模型。分析了加热阶段长度方向和厚度方向关键点的温度和 随着时间的变化规律和加热结束时和冷却后的温度、Uy和 的云图变化。结果表明：高频感应加热过程,随着时间的增加,各关键点的温度升高,σ先增大后减小。高频感应冷却后温度最终达到一个平衡值,Uy冷却后的绝对值最大值出现在左下方,σ最大值出现在线圈正下方。     

焊接工艺参数对焊接变形及残余应力的影响

为了研究焊接工艺参数对焊接变形及残余应力的影响,文章基于非线性有限元法对平板对接焊焊接过程进行了数值模拟,结果表明:对于焊缝中心线上任一点,横向变形随外界环境温度的升高而减小;在3种热源功率下,最大横向变形均出现在焊接末端,其值随热源功率的增大而减小。说明外界环境温度越高,焊接效果越好,焊接热源功率越大,焊接效果越好。     

船用钢板感应加热生热特性研究

基于ANSYS有限元软件,以SC单回路感应器为热源,建立船用钢板感应加热的三维有限元数值模型,并对感应加热过程中钢板的涡流功率分布和升温过程进行分析.研究表明,在加热钢板过程中,感应器轴线方向上涡流生热区域的扩散和最高生热区域的转移导致主要加热区域略微偏离钢板成形的加热线;涡流生热区域向钢板厚度方向的扩散受电磁特性的影响,无法使整块钢板都直接生热;钢板上表面加热过程可分为3个阶段,虽然升温速度逐渐放缓,但在温度接近居里温度时会迅速上升.     

材料热物理性能对高频感应船体曲面弯板成型的影响研究

基于高频感应加热原理,建立了船体曲面高频感应弯板成型的圆形高斯加热热源模型。通过不同加热速度下参考点温度的模拟计算值和试验测量值的对比,验证了该热源模型的可靠性。研究了板材热物理性能参数中导热系数及线膨胀系数对船体曲面弯板成型的影响。这些结果表明,横向收缩变形主要取决于导热系数在高温区的取值,横向角变形则取决导热系数在低温区的取值;随着低温区材料线膨胀系数的增大,横向收缩和横向角变形也逐渐增大。     

钢板局部感应加热收缩量回归及实验分析

针对影响感应加热能量参数的不同组合,利用数值模拟方法探讨了以感应加热为热源进行水火弯板加工局部收缩量与各参数关系的影响规律,得出钢板表面局部收缩量与各加工参数之间的关系;据此对各种参数组合情况下变形实验的测量数据建立回归模型,利用回归分析程序计算分析得到钢板的局部收缩量的回归方程,试验测量与回归计算结果进行分析比较验证,结果令人满意。     

钢板弯曲工艺中的高频感应加热过程数值分析

作为电磁感应热源应用于船体板水火弯板工艺的一项基础研究,首先阐述了钢板感应加热的磁热耦合理论,然后利用ANSYS软件代码开发了钢板感应加热的有限元模型.数值计算结果和实验结果相一致,并得出了钢板感应加热过程中的电磁场分布规律和和温度随时间的变化规律,计算结果符合感应加热的特征.     

固有应变法在钢板三角感应加热变形计算中的应用

针对辊弯板多加热线的三角感应加热变形计算难题,提出基于固有应变法的弹性有限元计算方法,根据钢板感应加热的实验,数值分析固有应变的分布规律,结果表明,辊弯板在进行多条加热线加热后,钢板挠度值的计算结果和实验结果一致,而且计算时间短。基于固有应变的弹性有限元分析能够克服钢板热弹塑性模型在进行多加热线模拟时的计算难题,可以应用于钢板多加热线感应加热过程的整体变形计算。     

基于水火弯板工艺的钢板感应加热方式对比性研究

为了研究船体曲面钢板感应加热过程的加热方式,利用实验和数值模拟的方法,分析了各自加热过程中钢板的温度及变形量的变化规律.针对非持续式感应加热方法,初步给出最佳加热时间参数.利用罗氏线圈测量加热过程中感应器的电流强度和频率,实验结果和数值模拟结果相吻合,验证了数值模拟计算的准确性.结果表明:合理的分配感应加热的时间参数,选择非持续式感应加热可以达到预期的成型效果,在提高加热效率的同时有效的节约了加热能源.     

船体板高频感应加热的多场耦合数值分析

针对船体曲面板的感应加热成形过程,基于COMSOL Multiphysics软件建立钢板静止式高频感应加热的二维数值模型.通过数值分析,研究钢板加热和水冷过程中温度场的分布规律和变形情况.结果表明:钢板温度场和板面局部收缩量的模拟结果与实验测量值一致;加热开始后,钢板加热线上的温度很快达到居里点,然后保持稳定;在变化趋势上,上下板面的温差曲线和加热线上的垂向挠度变化曲线相似.     

T型材角接焊的变形和残余应力分析

T型材焊接不仅常用于现代造船工程中,而且在近海平台和桥梁建造中也得到广泛应用.焊接过程中,高温移动热源及之后的快速冷却,使得在焊缝及其附近区域产生了残留的拉应力,由此产生焊接变形和残余应力.焊接变形和残余应力的存在,将影响钢结构的建造质量及疲劳强度.为预测焊接变形,基于ANSYS有限元软件应用于对T 型材焊接过程进行模拟,求解残余变形和残余应力分布情况,以及边界约束条件对它们的影响.通过分析可得出,焊缝上的各点在焊接过程中,加热时受压应力,冷却时受拉应力.在热影响区内,沿焊缝方向多为拉应力,垂直焊缝方向多为压应力,也符合纵向应力比横向应力大的特点.     

感应加热板材成形的有限元分析及工艺规划

通过感应加热实现板材的热弯成形，具有精准控制、安全便捷等特点。本研究采用新型便携式感应加热设备，对8mm船板钢进行热弯成形试验；并基于热-弹-塑性及弹性有限元计算，预测感应加热面外弯曲变形，与测量数据基本吻合。同时，考虑试验成本高昂，通过大通量的有限性计算，建立感应加热参数与板材弯曲的数据库；并通过回归分析，拟合出感应线圈移动速度与板材弯曲角度间的数学关系。当板材弯曲曲率相同时，通过线加热位置的迭代二分法，可线性逼近板材的目标弯曲形状，进而快速规划加工工艺，并进行了验证。     

船体曲率板感应加热成形工艺研究

[目的]在船舶建造过程中,板材的弯曲成形工艺不仅影响建造成本及周期,而且其成形精度也会影响船舶的水动力性能及其运营成本。[方法]针对船体板材双曲率成形效率低且精度差等问题,首先以感应加热作为热源,实现热弯成形,得到典型的帆形曲率板;然后通过高效的热?弹?塑性有限元(TEP FE)计算及基于弯曲力矩的弹性有限元计算,再现板材双曲率热弯成形的力学响应;同时,研究感应加热过程工艺参数影响板材弯曲成形的力学机理,提出线性逼近迭代二分法,实现板材热弯成形中加热位置和热源移动速度等工艺规划,并进行板材热弯成形过程及参数的有限元计算验证。[结果]结果显示,采用基于规划的工艺参数计算分析所得面外弯曲变形与目标曲率板的弯曲形状相当吻合。[结论]研究结果验证了线性逼近迭代二分法在实际工程应用中的可行性和准确性,并为曲率板成形工艺的优化提供了新的解决方案。     

高频感应热源应用于水火弯板工艺的可行性研究(英文)

The purpose of this paper is to investigate the feasibility of high-frequency induction heat for the line heating process through a series of experimental studies and numerical calculations. The results show that the heating temperature of induction heating meets the demands of steel plate bending, and the deformation of a steel plate heated by induction heating can achieve the same effect as flame heating. Meanwhile, the finite element model of moving induction heating of the plate is developed, and the comparison of the residual strain fields and transverse shrinkage between these two kinds of heating shows that great similarity has been achieved.     

单曲率船体外板电磁感应加热弯曲成型工艺规划

以18.000 mm厚的船用AH36钢板为研究对象，开展电磁感应加热弯曲成型试验并测量板材的瞬态温度，采用手持式三维扫描仪获取板材点云数据，利用后处理软件得到板材面外弯曲变形云图。基于热-弹-塑性有限元分析，模拟板材电磁感应加热弯曲成型过程，温度和面外弯曲变形计算结果与测量数据较吻合，验证建立的数值模型的准确性。基于高通量的有限元分析，建立热源移动速度与横向弯曲角度的数学关系。针对单曲率板材，提出内接折线法和外切折线法拟合板材弯曲形状，给出相应的板材加热线位置和热源移动速度等工艺参数，进行热-弹-塑性有限元分析。计算结果表明，由提出的两种方法得到的面外弯曲变形均与目标曲率板的弯曲形状相吻合，证明内接折线法和外切折线法应用于实际工程的可行性。     

双通线加热的热力学及实验分析(英文)

The present investigation deals with process analysis of oxy-acetylene flame assisted double pass line heating for varying plate thickness. oxy-acetylene flame as the heat source for multi pass line heating to achieve 3-D bending of plates with varying thicknesses was studied. The oxy-acetylene flame was modeled as the moving heat source in the FEM analysis. The transient thermal histories were predicted taking into account the temperature dependent thermo-mechanical properties. A comparative study between single pass and double pass line heating residual deformation was also carried out. The temperature distribution and residual deformations predicted by the numerical model developed in the present work compared fairly well with those of the experimental ones.     

Size effect on residual stress in low transformation temperature welded joints

It has been reported that low transformation temperature (LTT) weld metals are beneficial to generation of compressive residual stress around weld zone. In this study, the relationship among residual stress, size effect of LTT welded joints with different plate width and thickness as well as martensite start (Ms) temperatures was investigated by experimental and finite-element analysis. It was found that heat dissipation and thermal expansion coefficient of LTT weld metal had a significant impact on residual stress. Welded joint with a small plate width led to greater compressive residual stresses in the LTT weld, which was due to the lower heat dissipation and smaller thermal expansion coefficient of the LTT weld metal in due course of cooling process. Additionally, the finite-element analysis revealed that increasing plate width mainly affected the longitudinal residual stress, while increasing the plate thickness influenced all the residual stress components in the LTT weld. Furthermore, the LTT weld with a lower Ms temperature of 191 °C resulted in greater compressive residual stresses, and was less sensitive to the LTT joint size, as against the Ms temperature of 398 °C.     

基于有限元和神经网络的主动加热红外无损测厚技术

提出了通过对平板进行单面主动加热,根据平板的热响应测厚的红外无损测厚技术．使用有限元数值计算,得到了不同厚度、加热热流、加热温度、加热区域形状、加热面积下的碳钢平板热响应．使用BP神经网络(NN)建立了热响应与板厚之间的非线性映射,神经网络的训练和测试表明该方法具有较高的精度和较好的推广性．实际应用中可使用红外热像仪记录平板表面的热响应．提出的红外无损测厚技术具有单向性、不接触等优势,具有良好的应用前景．     

基于高频感应加热的船用钢板材弯曲成形

在船舶建造过程中,高频感应加热是实现船体板材高效高精度弯曲成形的重要方法。本文首先采用25KW新型高频感应加热设备,进行不同感应加热过程及工艺的实验,得到典型弯曲形式的船体外板（马鞍型和帆型）。同时,采用三坐标定位仪进行面外弯曲变形的测量和曲面重构,得到实验板材面外弯曲变形的分布和数值。通过热-弹-塑性有限元分析与弹性有限元分析两种方法,计算预测板材在高频感应加热作用下的面外弯曲变形;两种数值方法预测的板材面外弯曲变形趋势和数值与测量结果比较吻合,且在弹性有限元分析中,计算机资源消耗少,计算结果精度高。     

铝合金搅拌摩擦焊温度场的数值模拟

为了研究搅拌摩擦焊在焊接过程中温度场的变化情况，文中根据摩擦学原理，建立了搅拌摩擦焊热输入的数学模型，利用ANSYS有限元分析软件计算出瞬态温度场分布，并得到了试板上任意一点温度随时间的变化曲线。通过将计算结果与实验值比较，验证了计算结果的正确性。结果表明：搅拌摩擦焊是一种固态焊接方法，而且搅拌头前面的高温区域要比后方窄；在板厚方向上，温度是由表面向底面依次降低的；对于与焊缝中心等距离的点，后方比前方达到的温度最高值要稍高。     

弹塑性裂纹前端部分加强板的止裂效果分析

通过建立Dugdale模型,对裂纹前端部分加强的含裂纹板弹塑性情况下的韧性断裂问题进行了研究.实例计算并分析了加强板条的位置、相对刚度等参数对结构断裂参数的影响,亦对加强板条的止裂作用进行了分析.计算结果表明,裂纹前端布置加强板条能有效地降低裂纹尖端的开口位移,阻止裂纹的扩展,其止裂作用受加强板条的位置、结构参数及加强板条与含裂纹板的材料参数等诸多因素的影响.