本文關(guān)鍵詞：中厚板熱應(yīng)力—外力耦合成形機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 中厚板 高頻感應(yīng) 熱應(yīng)力-外力耦合 反向強(qiáng)化

【摘要】：船舶中厚板的曲面成形是船舶制造業(yè)的重要過(guò)程之一,目前,傳統(tǒng)的水火彎板成形工藝還存在加熱效率低下、成形精度主要依靠工人經(jīng)驗(yàn)完成等弊端。新的高頻感應(yīng)加熱熱源以其加熱效率高、熱量容易準(zhǔn)確控制等特點(diǎn)將在未來(lái)逐漸替代水火彎板工藝,從而能夠提高船舶板材成形質(zhì)量,降低操作難度和勞動(dòng)強(qiáng)度。為了更容易地實(shí)現(xiàn)板材大變形,借助外載荷和熱應(yīng)力耦合成形是可能的。該工藝是一項(xiàng)涉及理論、實(shí)驗(yàn)研究為一體的綜合性復(fù)雜工作。本文從理論與實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分展開(kāi)研究工作。理論方面:主要探究板材熱應(yīng)力-外力耦合成形機(jī)理問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)研究了12mm厚Q345鋼在溫度和外力耦合作用下的彎曲變形,及不同冷卻條件下板材成形后的材料力學(xué)性能。理論上借助板材焊接過(guò)程中的固有應(yīng)變理論,推導(dǎo)得到了船用中厚板成形的機(jī)理及彎曲變形過(guò)程中的應(yīng)變、應(yīng)力和熱應(yīng)力產(chǎn)生的彎矩。分析了外載荷和熱應(yīng)力耦合成形過(guò)程中的力學(xué)問(wèn)題,基于Duhamel比擬建立了外載荷和熱應(yīng)力耦合作用下帶有溫度與外載荷的本構(gòu)關(guān)系,結(jié)合能量守恒原理,得到了板材達(dá)到確定變形所需的等效外力做功的數(shù)學(xué)表達(dá)式,在此基礎(chǔ)上利用ANSYS模擬研究了外載荷和熱應(yīng)力耦合作用下板材變形規(guī)律。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理,得到了熱應(yīng)力與外載荷耦合作用下的彎曲角度和曲率半徑的變形規(guī)律,利用MATLAB曲面建模方法得到了溫度,外力和變形量之間的數(shù)學(xué)模型,最后,研究了不同冷卻條件下板材成形后的材料力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)表明:成形后的板材背面的硬度和拉伸強(qiáng)度都有明顯提高,出現(xiàn)“反向強(qiáng)化”現(xiàn)象觀察了板材彎曲成形后的組織變化,解釋了上述現(xiàn)象成因。這種“反向強(qiáng)化”現(xiàn)象對(duì)船舶板材的加工制造及使用是極為有利的。本文主要的工作是借助固有應(yīng)變法分析得到了溫度載荷下的應(yīng)力、應(yīng)變和熱應(yīng)力產(chǎn)生的彎矩;通過(guò)Duhamel比擬研究了外載荷與熱應(yīng)力耦合成形的機(jī)理,并推導(dǎo)了熱應(yīng)力-外力耦合作用下的非線性本構(gòu)關(guān)系。試驗(yàn)環(huán)節(jié)利用溫度載荷與外載荷耦合作用下得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了彎矩、溫度對(duì)板材變形的影響規(guī)律,并建立了三者間的數(shù)學(xué)模型。最后借助材料試驗(yàn)方法研究了板材冷卻后力學(xué)性能,探究熱加工后板材本身性能的變化。以上工作為解決金屬板材大變形耦合成形機(jī)理問(wèn)題提供了一種方法,為實(shí)現(xiàn)船用板材的自動(dòng)化、精確化大變形加工奠定基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：中厚板 高頻感應(yīng) 熱應(yīng)力-外力耦合 反向強(qiáng)化
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：U671.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-20
• 1.1 研究背景9-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 熱彈塑性理論研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 板材熱應(yīng)力成形技術(shù)研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3 本文主要研究工作18-20
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容18-19
• 1.3.2 研究方法19-20
• 第二章 高頻感應(yīng)加熱原理及熱應(yīng)力-外力耦合有限元分析20-28
• 2.1 電磁感應(yīng)加熱原理20-23
• 2.1.1 焦耳熱效應(yīng)20-21
• 2.1.2 磁滯損耗效應(yīng)21-22
• 2.1.3 渦流分布與集膚效應(yīng)22-23
• 2.2 有限元分析基本理論23-27
• 2.2.1 電磁場(chǎng)基本理論23-25
• 2.2.2 熱分析基本理論25-27
• 2.2.3 耦合場(chǎng)分析基本理論27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 第三章 板材磁熱應(yīng)力-外力耦合成形機(jī)理研究28-47
• 3.1 基于固有應(yīng)變法的板材熱應(yīng)力成形機(jī)理28-34
• 3.1.1 固有應(yīng)變理論28
• 3.1.2 中厚板熱應(yīng)力成形過(guò)程分析28-33
• 3.1.3 變形與固有應(yīng)變之間關(guān)系33-34
• 3.2 熱應(yīng)力-外力耦合作用下板材成形機(jī)理研究34-40
• 3.2.1 熱應(yīng)力-外力耦合的比擬34-38
• 3.2.2 熱應(yīng)力-外力耦合的熱彈塑性能量等效38-40
• 3.3 板材熱應(yīng)力-外力耦合變形有限元分析計(jì)算40-45
• 3.3.1 三維模型建立40
• 3.3.2 網(wǎng)格劃分40-41
• 3.3.3 耦合分析計(jì)算41-42
• 3.3.4 結(jié)果分析42-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第四章 中厚板熱應(yīng)力-外力耦合成形實(shí)驗(yàn)研究47-66
• 4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及參數(shù)47-48
• 4.1.1 高頻加熱設(shè)備及參數(shù)47
• 4.1.2 加載設(shè)備及參數(shù)47-48
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方案48-53
• 4.2.1 溫度與加熱功率、加熱時(shí)間關(guān)系實(shí)驗(yàn)方案48-49
• 4.2.2 外載荷加載方案49-51
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程51-53
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析53-65
• 4.3.1 溫度與加熱功率、加熱時(shí)間關(guān)系53-55
• 4.3.2 曲率半徑與加載彎矩、加熱溫度關(guān)系55-58
• 4.3.3 彎曲角度與加載彎矩、加熱溫度關(guān)系58-59
• 4.3.4 加載彎矩、加熱溫度與變形量之間數(shù)學(xué)模型59-62
• 4.3.5 位移計(jì)算模型62-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第五章 冷卻條件對(duì)板材高頻感應(yīng)加熱成形力學(xué)性能影響66-74
• 5.1 實(shí)驗(yàn)方案66-68
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備參數(shù)66
• 5.1.2 冷卻方案66-67
• 5.1.3 試樣制取67-68
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析68-73
• 5.2.1 表面硬度結(jié)果分析68-69
• 5.2.2 拉伸強(qiáng)度結(jié)果分析69-71
• 5.2.3 金相組織變化分析71-73
• 5.3 本章小結(jié)73-74
• 第六章 結(jié)論與展望74-75
• 致謝75-76
• 參考文獻(xiàn)76-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論著及取得的科研成果81

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 羅宇,江曉玲,鄧德安;材料力學(xué)性能對(duì)高頻感應(yīng)彎板成形的影響[J];材料工程;2005年08期

2 汪驥;劉玉君;紀(jì)卓尚;鄧燕萍;;水火彎板數(shù)值模擬中熱源模型參數(shù)研究[J];大連理工大學(xué)學(xué)報(bào);2006年03期

3 吳強(qiáng);張雪彪;劉玉君;鄧燕萍;紀(jì)卓尚;;基于水火彎板工藝的鋼板感應(yīng)加熱方式對(duì)比性研究[J];江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年01期

4 張興權(quán);張永康;周建忠;顧永玉;杜建鈞;;金屬板料激光冷塑性彎曲的研究[J];航空學(xué)報(bào);2007年01期

5 周宏;羅宇;蔣志勇;;船舶板材幾何尺寸的變化對(duì)高頻感應(yīng)彎板成形的影響[J];艦船科學(xué)技術(shù);2009年09期

6 劉先志;半無(wú)限彈性體表面上的軸對(duì)稱(chēng)剪力負(fù)荷的位移函數(shù)以及這樣的員荷所引起的應(yīng)力與位移[J];力學(xué)學(xué)報(bào);1959年02期

7 王洪綱;;變物性非線性熱傳導(dǎo)問(wèn)題的泛函存在條件及變分定理[J];昆明工學(xué)院學(xué)報(bào);1989年04期

8 周躍慶;高忠科;武猛;;移動(dòng)式平板感應(yīng)加熱磁熱耦合的數(shù)值模擬[J];熱加工工藝;2007年14期

9 張雪彪;紀(jì)卓尚;劉玉君;金世良;;水火彎板線變形和工藝參數(shù)關(guān)系數(shù)學(xué)建模研究[J];船海工程;2006年03期

10 王洪綱;耦合熱彈性平面問(wèn)題的有限元法基本方程[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);1980年02期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 裴繼斌;船用鋼板激光彎曲成形機(jī)理及成形規(guī)律的研究[D];大連理工大學(xué);2008年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李政君;船用中厚鋼板高頻感應(yīng)熱應(yīng)力成形實(shí)驗(yàn)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型研究[D];重慶交通大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：819046