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,本文探究了空气冷却、正面水冷和反面水冷方式对大尺寸钢板弯曲成型的影响因素。首先采用COMSOL Multiphysics仿真平台模拟了电磁感应加热和冷却变形多物理场同步耦合过程,然后分析了各种因素对大尺寸钢板弯曲成型影响,最后通过实验验证了有限元模型的可靠性,并对感应加热弯曲成型效果进行评估。研究结果表明:(1)相对于水冷,空冷对钢板Y向位移改变效果显著。(2)相对于空冷,水冷对钢板角位移的改变影响明显。(3)当频率为50kHz时,电流频率对表面温度和角位移影响显著。(4)当钢板长宽比≥1:2时,Y向位移的增加比较显著;当长宽比≈1:1时,角位移的改变比较明显。     

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。     

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。     

海洋平台曲板冷弯压制成形的数值分析及工艺规划

为避免加热弯曲成形中温度变化对板材力学性能的影响,曲板成形时经常采用冷弯成形工艺,而冷弯成形时的回弹问题,严重制约其弯曲成形的精度和效率.基于动态显式求解的有限元分析,研究双曲率鞍形板和帆形板的冷弯压制成形工艺及其回弹量,给出不同类型曲率板压制成形的压模挠度经验公式.同时,针对拆解平台大弧板冷弯压制成形精度较差的问题,分析异种曲率板的压制成形机理,提出了修正的压模挠度,极大地提高大弧板的压制成形精度.     

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.     

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。     

水火弯板成形因素对横向收缩量的影响

水火弯板自动化的研究需要定量化地确定横向收缩量.本文采用实验和有限元分析相互结合的方法来研究线加热过程中的横向收缩量.首先,利用水火弯板实验的结果标定有限元分析中呈高斯分布的热源模型参数,而后利用数值模拟的方法探讨水火弯板成形因素对横向收缩量的影响.这些因素包括自然对流换热系数、有无水冷、热源速度、加热焰道长度、燃气流量和横向曲率半径.研究结果表明:自然对流换热系数和横向曲率半径对横向收缩的影响很小;跟踪水冷可以形成有效的收缩;不同燃气流量的热输入有不同的横向收缩变形.本文提出了综合考虑火焰速度、火焰有效功率、火焰作用半径和钢板厚度的热源体能量模型,该模型可以更好地反映这些热输入影响参数所引起的综合作用.     

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.     

电磁力辅助线加热成形的加工温度优化分析

在船体外板线加热成形的过程中,利用电磁力促进钢板成形,可以提高钢板的成形效率和成形精度,此方法称为电磁力辅助线加热成形工艺.采用数值仿真手段对这种新工艺进行分析,在建立多物理场耦合的三维有限元模型的基础上进行模拟计算,研究了钢板表面温度对电磁力辅助钢板成形效果的影响,并对电磁力的辅助成形效果和钢板表面温度之间的关系进行了优化分析.     

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。     

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。     

弹性支承对船舶轴系的影响分析

船舶推进轴系引起的船体振动问题日益突出,为了减小推进轴系传递给船体的振动,从改变振动传递路径的角度提出一种轴系整体弹性支撑方案。建立有限元模型,改变支撑平台结构刚性和隔振器刚度分别计算轴承基座间相对位移和轴承载荷。所选取的平台方案中,在重力下轴承基座间最大相对位移为1.216 mm。推力作用下当推力大于500 kN时,采用1阶弯曲频率在18.2 Hz及以上的平台方案时,轴承基座间最大相对位移小于0.3 mm,隔振器刚度变化则对轴承载荷影响不大。通过调整平台刚度和隔振器刚度,可以将弹性支撑系统对轴系影响控制在标准范围内,保证轴系安全运行。     

弹性支承对船舶轴系的影响分析

船舶推进轴系引起的船体振动问题日益突出,为了减小推进轴系传递给船体的振动,从改变振动传递路径的角度提出一种轴系整体弹性支撑方案。建立有限元模型,改变支撑平台结构刚性和隔振器刚度分别计算轴承基座间相对位移和轴承载荷。所选取的平台方案中,在重力下轴承基座间最大相对位移为1.216 mm。推力作用下当推力大于500 kN时,采用1阶弯曲频率在18.2 Hz及以上的平台方案时,轴承基座间最大相对位移小于0.3 mm,隔振器刚度变化则对轴承载荷影响不大。通过调整平台刚度和隔振器刚度,可以将弹性支撑系统对轴系影响控制在标准范围内,保证轴系安全运行。     

基于AQWA的波浪能发电装置主浮体水动力特性研究

利用水动力计算软件AQWA对双浮体式振荡浮子波浪能发电装置主浮体进行仿真分析,对不同尺寸垂荡板的主浮体进行建模仿真,并就各自RAOs、激振力、附加阻尼和附加质量进行频域分析。结果表明,在波浪频率低于0.3 Hz时,垂荡板尺寸对其影响尤为明显;当波浪频率分别大于0.2 Hz、0.36 Hz和0.35 Hz时,垂荡板尺寸分别对RAOs、激振力和附加阻尼失去影响;对于同一吃水线、不同垂荡板尺寸的主浮体,波浪频率对其附加质量有较大影响,且垂荡板尺寸越大影响越严重。     

船体中厚钢板局部热压成形中的回弹仿真分析北大核心CSCD

[目的]为了研究船体中厚钢板局部热压成形过程中影响回弹的因素,[方法]运用三维热弹塑性有限元仿真方法对影响回弹的参数进行研究和分析,通过一系列数值仿真试验考察板材的整体温度、温度场分布、板材尺寸、局部加载量等参数对其成形回弹的影响。[结果]分析结果表明,当板材成形温度超过材料屈服应力并达到开始显著下降的温度点时,回弹会随温度的升高而开始大幅度减小;由于变形区域的分布特点,在温度场分布的3个维度中,局部变形范围较大方向的温度分布对回弹的影响占主要部分;加热条件完全相同时,板材长度和宽度方向的尺寸变化对回弹均有一定的影响,其中,局部变形范围较大的板长方向的尺寸变化对回弹的影响更明显,板材回弹随局部加载量的增大而减小。[结论]研究结果有助于实现优化船体中厚钢板自动化成形的参数获取,对进一步研究船体中厚钢板局部热压成形的回弹问题也具有基础性指导作用。     

船舶板材几何尺寸的变化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了板材几何尺寸对温度场、最终面内收缩变形和角变形的影响,比较了3个不同尺寸平板以及单一变化板宽或板长的各类变形、应力场及塑性应变.研究结果表明,加热条件完全相同时,平板尺寸的变化对最终温度场的变化影响不大;平板长度及宽度方向的尺寸变化对平板的变形均有较大影响.     

多加热线对钢板感应加热变形的影响

在船体曲面板的水火弯板工艺中,钢板表面一般布置有多条加热线,然而,加热线间距对于钢板变形的影响一直是该工艺的研究难点.为此,以2条平行加热线的钢板感应加热变形为研究对象,采用试验和数值计算相结合的方法,研究加热线间距对于钢板变形的影响.结果 表明,当加热线间距大于200 mm时,加热线之间的相互影响可以忽略.     

船体中厚钢板局部热压成形中的回弹仿真分析

[目的]为了研究船体中厚钢板局部热压成形过程中影响回弹的因素,[方法]运用三维热弹塑性有限元仿真方法对影响回弹的参数进行研究和分析,通过一系列数值仿真试验考察板材的整体温度、温度场分布、板材尺寸、局部加载量等参数对其成形回弹的影响。[结果]分析结果表明,当板材成形温度超过材料屈服应力并达到开始显著下降的温度点时,回弹会随温度的升高而开始大幅度减小;由于变形区域的分布特点,在温度场分布的3个维度中,局部变形范围较大方向的温度分布对回弹的影响占主要部分;加热条件完全相同时,板材长度和宽度方向的尺寸变化对回弹均有一定的影响,其中,局部变形范围较大的板长方向的尺寸变化对回弹的影响更明显,板材回弹随局部加载量的增大而减小。[结论]研究结果有助于实现优化船体中厚钢板自动化成形的参数获取,对进一步研究船体中厚钢板局部热压成形的回弹问题也具有基础性指导作用。     

双排钢板桩围堰变形特性研究

针对上海地区河道工程中常见的双排钢板桩围堰结构,通过建立Plaxis有限元模型,研究围堰宽高比、钢板桩插入比、钢板桩型号、拉杆布置等对围堰变形特征的影响。结果表明:增大围堰宽高比在一定范围内能够减小钢板桩的水平位移,并针对不同挡水高度给出宽高比的建议取值;在4 m挡水高度情况下,钢板桩插入比设置为1. 1～1. 5较为合理;对于一般挡水高度,围堰可以只布置1根拉杆,且拉杆存在最优位置以保证围堰体系的整体变形协调。研究结果可为双排钢板桩围堰的设计提供参考依据。     

基于插补原理的船体复杂曲面加热线布置方法

船体曲面成形技术是船舶加工过程中重要的环节。如何更好更快实现船体复杂曲面加工,一致以来备受国内外学者的关注。本文借鉴插补原理,对传统船体复杂曲面加热线布置进行了优化设计,得到了圆弧形板、s形板、帆形板和马鞍板的加热线。采用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件,分析四种加热线下钢板变形情况,并通过实验检验了插补形式下的船体曲面成形效果。结果表明：(1)插补算法得到的船体曲面加热线路程比传统加热线路程节约75%以上。(2)对有限元计算位移进行曲面拟合,得到的预测模型与实际船体曲面基本一致。(3)实验了四种曲面加热线,并将有限元预测位移与实验进行对比,二者误差在6%以内,有限元计算与实验结果基本吻合。该方法降低加工时间,提高加工效率。