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。     

基于线性逼近的感应加热弯曲成形工艺及其应用

采用高频感应加热装置进行热弯成形试验,得到典型的单曲率板。通过高效的热-弹-塑性有限元计算,再现板材热弯成形的温度场特征和力学响应。同时,研究感应加热过程中的工艺参数对板材弯曲变形的影响,提出线性逼近迭代二分法和迭代0.618法,确定板材实际加热中的加热线位置和感应加热速度,并对其进行有限元分析。研究结果表明：采用规划的工艺参数进行热-弹-塑性有限元分析,得到的面外弯曲变形和面内收缩均与目标曲率板相吻合;线性逼近迭代二分法和迭代0.618法应用在感应加热单曲率热弯成形中具有良好的可行性和准确性,可供曲板热弯工艺的规划参考。     

冷却条件对船板高频感应弯曲成形的影响

用热弹塑性有限元法ANSYS软件分析了高频感应加热弯板成形在绝热、空冷、正面水冷和反面水冷等不同情况下,低碳钢薄板的温度场、最终结果变形和残余应力,探讨了冷却方式对高频感应加热弯板成形的影响。     

高频感应加热曲面成形控制系统

高频感应加热曲面成形是船体建造中一项经验性很强的外板成形工艺,实船板加工的工艺流程和控制系统是高频感应加热曲面成形设备研究和开发的重要环节。介绍了高频感应加热曲面成形的国内外现状,分析了层次化、模块化软件系统的策略。     

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...     

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.     

高频感应加工参数对船舶弯板成形的影响

采用ANSYS软件对低碳钢平板的高频感应线状加热弯板成形过程进行热弹塑性有限元分析,利用相关数值结果定性分析加热功率、热源移动速度成形热过程中板材温度场及最终面内收缩变形和角变形的影响,为船板成形自动化加工提供数据支持.     

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。     

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.     

三维移动式钢板高频感应加热成形电磁-热-力全耦合有限元建模研究

文章基于ANSYS-APDL语言,建立了三维移动式钢板高频感应加热成形电磁—热—力多物理场耦合有限元模型,并使用线圈单元选取法实现了感应线圈热源模型的移动。文中采用此模型研究了Q345钢板在不同加热功率下的变形情况,得到如下结论：钢板加热时受热不均匀,加热区上下表面温差很大最后阶段出现端部效应;随着加热功率的增大,钢板表面瞬时最高温度也增大;加热过程中钢板最大压应力出现在上表面加热区前端,最大拉应力出现在钢板上表面加热区的前方;冷却后钢板最大压应力出现在加热线末端,最大拉应力出现在加热线中段区域;开始时加热区上翘,已加热区冷却下凹,当热源接近末端时,已加热变形区上翘,钢板经过冷却后,整体下凹;随着加热功率的增大,加热区域Y方向变形 Uy越大,钢板弯曲角度线性增大,曲率半径先减小后趋于定值;改进后模型的模拟结果与相同实验参数下的实验结果基本吻合,与传统模拟方法相比更接近实验结果。     

10CrNi3MoV船用钢热成形的力学行为与性能研究

高强度船用钢热成形时,由于加热与淬火的交互作用,形成渐变微观结构。研究表明,渐变微观结构使得材料的硬度、强度从里到表依次降低,延展性依次增加,较平缓的冲击力水平及材料的逐层失效使结构保持较高的吸能能力;具有较小的变形抗力、塑性好、成形极限高,而且成形零件的精度和强度较高。渐变微观结构综合了各单相材料的优秀性能,适合用于承受冲击吸能的构件。     

移动式平板感应加热磁热耦合的数值模拟

  目的  在钢板感应加热的数值计算中,通常采用磁热耦合计算方法。该方法虽然结果准确,但建立的模型非常复杂,且计算需耗费大量时间。为此,  方法  通过计算和理论推导,提出一种高频感应加热热源的简化计算方法,以一个空间函数形式的热源模型来代替复杂的电磁热耦合计算。使用COMSOL Multi-physics软件建立钢板静止式感应加热有限元模型,运用磁热耦合计算方法和简化方法分别计算钢板加热后的温度场,并对采用2种方法得到的温度场分布结果进行比较,以验证简化方法应用到热源模型的可靠性。  结果  结果表明,运用所提简化计算方法得到的热源模型具有可靠性。  结论  相比于磁热耦合的方法,采用热源简化方法计算钢板感应加热过程,可以有效缩短计算时间,且在钢板移动式感应加热的计算中,能很好地解决模型过于复杂、计算时间过长等问题。     

钢板局部感应加热的有限元分析

针对水火弯板的感应加热进行了有限元的模拟,根据磁——热——变形的模拟耦合分析原理,选取合理的参数,选用Ansys软件建立有限元模型,并结合实验,探讨了感应加热的各个参数对于船用钢板水火变形的影响。通过数值模拟计算与试验测量结果进行分析比较验证,为后续研究提供了有价值的参考。     

鞍形板感应加热成形的弹性有限元分析

鞍形板是典型的船体双曲度板之一,在使用高频感应加热成形鞍形板的研究过程中,多加热线的感应加热变形预测是钢板感应加热工艺研究的关键技术问题。该文基于固有应变理论和弹性有限元分析方法,通过大量钢板多场耦合的数值计算建立了工艺参数和固有应变的关系数据,以实际的固有应变作为载荷输入参数,应用弹性有限元模型计算多加热线鞍形板的整体变形。鞍形板的弹性有限元分析结果得到的挠度值与实验值一致,计算时间短,计算误差符合工程精度要求。因此,分析结果表明鞍形板多加热线的弹性有限元分析模型可以应用于鞍形板的变形预测。     

船用钢板移动电磁感应加热温度及变形特性

采用带间隙双回路反向电流(ODIG)感应器作为热源,基于ANSYS多物理场耦合数值模拟方法,结合感应器及周围空气动态移动方法,建立移动式电磁-热交互耦合数值模拟模型。将获得的瞬态温度作为载荷,进行热-弹塑性数值分析,研究船用钢板移动电磁感应加热温度分布和变形分布。分析不同工艺参数(感应器与钢板间隙g、钢板厚度H、电流频率F、电流峰值I_(peak)和移动速度v)对热成形(最高温度T_(um)、宽度b和厚度h)和变形(横向收缩δ_z和横向角变形θ_z)特性的影响。结果表明:温度云图为带预热的双椭圆外形;影响热成形特性的主要因素为I_(peak)、v和g;影响变形最主要的因素是I_(peak)和H。     

船舶板材边界条件对高频感应弯板成形的影响

采用ANSYS软件对低碳钢平板的高频感应线状加热弯板成形过程进行热弹塑性有限元分析,利用相关数值结果定性分析材料模型、平板边界条件对成形热过程中最终面内收缩变形和角变形的影响,为船板成形自动化加工提供数据支持.     

10CrNi3MoV船用钢热冲压成形表层渐变微观结构与抗冲击性能

采用电子显微镜（SEM）、力学性能测试等手段,分析了10CrNi3MoV船用钢热冲压成形前后微观结构变化,及热冲压成形后材料表层渐变微观结构和里层马氏体结构产生原因与变化规律。研究表明,在热冲压成形过程中,10CrNi3MoV船用钢受急剧的冷热交互作用及高温氧化脱碳等的影响,其表层由里到表依次形成以完全马氏体、马氏体与铁素体的混合组织、铁素体组成的渐变微观结构,里层则形成以均匀的板条状的马氏体组织为主的微观结构。10CrNi3MoV船用钢热冲压成形后其表层渐变微观结构,能有效的降低结构的峰值冲击力,保证了内层强度大的马氏体材料不至于过早失效,而材料较平缓的结构峰值力及逐层失效的特点性,使热冲压成形后的成形件保持较高的吸能能力和抗冲击性能。     

10CrNi3MoV船用钢热冲压成形表层渐变微观结构与抗冲击性能

采用电子显微镜(SEM)、力学性能测试等手段,分析了10CrNi3MoV船用钢热冲压成形前后微观结构变化,及热冲压成形后材料表层渐变微观结构和里层马氏体结构产生原因与变化规律。研究表明,在热冲压成形过程中,10CrNi3MoV船用钢受急剧的冷热交互作用及高温氧化脱碳等的影响,其表层由里到表依次形成由完全马氏体、马氏体与铁素体的混合组织、铁素体组成的渐变微观结构,里层则形成以均匀的板条状的马氏体组织为主的微观结构。10CrNi3MoV船用钢热冲压成形后,其表层渐变微观结构能有效地降低结构的峰值冲击力,保证内层强度大的马氏体材料不至于过早失效,而材料较平缓的结构峰值力及逐层失效的特点,使热冲压成形后的成形件保持较高的吸能能力和抗冲击性能。     

线状加热弯板成形的热弹塑性有限元分析

采用Ansys软件对三维曲面桁结构的线状加热弯板成形过程进行了热弹塑性有限元分析，并与实测结果进行了比较。研究表明．采用热弹塑性有限元法能对实际生产过程起较好的指导作用。