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船板电阻加热成形实验分析与数值模拟
| 论文题名： | 船板电阻加热成形实验分析与数值模拟 |
| 关键词： | 船舶制造;船板结构;电阻加热成形工艺;温度场;角变形 |
| 摘要： | 在船舶制造领域中，中厚板双曲率成形的主要工艺为线加热成形，其最重要的特点是无模成形，在对钢板进行局部加热后，利用材料热胀冷缩的性质，使钢板产生局部残余塑性应变，最终使钢板弯曲变形。目前，线加热成形普遍采用氧乙炔火焰作为加热热源，火焰加热具有设备简单，体积小，操作灵活等优点，但是火焰热源加工精度低，污染物排放量大，工作环境差。对此，人们提出了感应加热、激光加热两种加热方式，但是两种热源都有其固有缺点，不适于船厂应用。 为解决火焰加热线成形存在的效率低、污染重、能量输入无法精确控制的问题，本文采用一种新的加热形式：电阻加热方式。电阻加热采用的是电信号，能实现能量输入的精确控制，特别是成形过程无污染，同时又具有线加热的灵活和柔性。这正是传统线加热成形无法实现的，将该热源用于厚板成形将是对线加热技术的重大革新。 电阻加热成形是电热固相互影响的复杂非线性过程，本文利用ABAQUS有限元分析软件，建立了电热固直接耦合的有限元模型，对电阻加热成形工艺参数进行了分析。通过模拟计算，对比分析了电阻加热与火焰加热的温度场特征及变形量，研究了电极尺寸与形状、板厚、加热速度关键参数对温度场分布的影响规律，温度场参数与角变形的关系，以及应力应变的分布与形成规律，并对电阻加热成形进行了实验验证。 研究结果表明：（1）电阻加热相比火焰加热温度场分布更加有利于变形量的形成，能量利用率高，在相同热影响区的情况下，标称宽度相对提高47.2％，角变形相对提高37.5%。（2）通过对电阻加热模拟结果的分析，得出电极尺寸、板厚和加热速度与温度场参数之间的关系。（3）Invspoly函数可以作为描述电阻加热温度场的函数。（4）在标称深度较小时，角变形主要由标称宽度及加热面积决定，较小的等温线斜率更加有利于产生角变形；在标称宽度基本相同的情况下，角变形随标称深度的增大先增后减，当标称深度为板厚的1/3时，角变形最大。（5）实验值与模拟值钢板的变形量基本相同，误差为5.3%，说明数值模拟的变形部分精度较好，可以作为实际参考。实验有力地证明了电阻热代替传统火焰加热进行弯板成形是可行的。 |
| 作者： | 陈钢 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 初冠南 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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