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.     

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。     

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.     

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。     

钢板移动式感应加热过程工艺参数分析与局部变形预测

针对钢板移动式感应加热成形问题,采用正交试验分析得出影响钢板感应加热的主要因素是加热速度和空气间隙,并利用数值模拟分析这两个工艺参数与钢板变形之间的关系。结果表明,加热速度和空气间隙会影响加热深度,进而对横向收缩量、横向角变形和垂向位移有显著的影响。最后,在数值计算样本的基础上推导横向收缩量的回归数学模型,发现回归模型的计算值与试验值之间的相对误差在工程允许范围内,证明回归模型的计算结果可靠。     

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.     

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...     

水火弯板梯形加热变形机理研究

水火弯板热成形方法通过对钢板的加热和冷却来实现板的变形,达到符合要求的曲面形状,是目前国内外主流船体外板加工方式。梯形加热是一种新型的加工方式,本质上属于收边加热,是收边加热工艺当中板边加热面积最大的一种成形方式,成形效果好。基于Ansys有限元仿真软件,在单加热线和"双重"加热线研究的基础上,对梯形加热的温度场和变形场进行研究,得出一系列温度场和变形场的计算结果,为预测梯形加热工艺的变形和将来实现水火弯板自动化加工奠定一定的研究基础。     

水火弯板成形因素对钢板表面温度和变形的影响

水火弯板工艺中,热源面输入是影响钢板温度场和变形场的重要因素。本文提出了综合考虑乙炔流量、加热速度、热源半径、热源效率和加热长度的两个表征热源面输入新变量,并利用数值模拟方法揭示了新变量对钢板表面温度、加热深度和残余变形的影响,大量仿真结果证明这两个新变量可以更好的反映这些参数所发挥的综合作用。     

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.     

不同冷却方式对大尺寸钢板感应加热成形的影响

为有效解决船用中厚钢板复杂曲面加工问题,研究空气冷却(空冷)、正面水冷和反面水冷方式对大尺寸钢板弯曲成形的影响因素。首先采用COMSOL Multiphysics仿真平台模拟电磁感应加热和冷却变形多物理场同步耦合过程,然后分析各种因素对大尺寸钢板弯曲成形的影响,最后通过试验验证有限元模型的可靠性,并对感应加热弯曲成形效果进行评估。结果表明:相对于水冷,空气冷却对钢板Y向位移改变效果显著;相对于空气冷却,水冷对钢板角位移的改变影响明显;当频率为50 k Hz时,电流频率对表面温度和角位移影响显著;当钢板长宽比不小于1∶2时,Y向位移的增加比较显著;当长宽比约为1∶1时,角位移的改变比较明显。     

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。     

钢板感应加热机理及电磁-热耦合场的数值模拟

在船体外板水火成形工艺的实际加工和机械自动化加工试验中,研究发现使用氧-乙炔火焰热源存在很多难以解决的问题和局限,为此本文提出了采用电磁感应加热取代氧-乙炔火焰加热,阐述了感应加热的原理和过程,并利用ANSYS有限元软件对感应加热中的电磁-热耦合场进行了数值模拟,对计算结果进行了相应分析.     

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。     

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。     

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。     

高效钢板表面感应加热器参数研究

为了提高钢板感应加热成型的加工效率,对感应器的形状参数开展了研究,提出了几种新型感应器.同时采用数值实验的方法,对其加工过程进行了数值计算,并对不同感应器的加工效率进行了分析比较.结果表明新型感应器在加工效率方面具有较好的效果.