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船体钢板感应加热感应器的设计与温度场数值模拟研究
| 论文题名： | 船体钢板感应加热感应器的设计与温度场数值模拟研究 |
| 关键词： | 船舶建造;感应加热;有限元法;弯板成型;数值模拟 |
| 摘要： | 在船舶建造过程中，很大一部分工作是船体双曲率外板的加工制造。随着造船业的发展，船体曲板加工的质量和效率会显著影响整个船舶的整体制造周期，进而影响建造成本。目前，船厂普遍采用水火弯板方式来加工双曲度外板。这种方法利用氧气和乙炔燃烧产生的热量作为热源，但是具有加工质量不稳定、加热成型效率低、污染严重等缺点。电磁感应加热基本原理是：在钢板上方的线圈中通入高频交流电，该交流电在钢板内部产生高频电磁场，高频电磁场感生出感应电流，感应电流产生焦耳热，焦耳热对钢板进行加热，从而使钢板产生塑性变形。电磁感应加热有以下优点：电能利用率很高；加热范围比较小，因此可以精确控制加热区域；不会对环境造成污染。所以电磁感应加热热源作为新的热源可以替代氧-乙炔焰。本文利用ANSYS软件对船体外板的电磁感应加热过程进行仿真模拟，主要研究了以下几个方面的内容。 （1）分析了电磁场的基本理论，包括感应加热所特有的涡流分布特性、麦克斯韦基本方程组。另外，引入复矢量位将麦克斯韦方程组进行简化，介绍了感应加热的有限元求解方法。 （2）分析利用ANSYS软件对电磁场和温度场进行数值模拟的方法，以及温度场和电磁场耦合计算的原理与实现方法。 （3）研究了影响单回线型感应器的加热效果的主要横截面参数。通过对比分析，得到单回线感应器最优比例系数曲线，该曲线对感应器尺寸的选取具有十分重要的参考价值。 （4）运用ANSYS进行数值模拟，研究了磁场强度在板长和板厚方向的分布规律，以及电流密度、电流频率、感应器与钢板之间间距对磁场强度的影响。另外重点分析了二维和三维温度场分布规律，分析了电流密度、电流频率、感应器与钢板之间间距等因素与温度场分布的关系。 |
| 作者： | 王园武 |
| 专业： | 船舶与海洋工程结构物设计与制造 |
| 导师： | 柳存根 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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