本文關(guān)鍵詞：中厚板熱應(yīng)力—外力耦合成形機理及實驗研究

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

【摘要】：船舶中厚板的曲面成形是船舶制造業(yè)的重要過程之一,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、熱量容易準確控制等特點將在未來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強度。為了更容易地實現(xiàn)板材大變形,借助外載荷和熱應(yīng)力耦合成形是可能的。該工藝是一項涉及理論、實驗研究為一體的綜合性復(fù)雜工作。本文從理論與實驗兩個部分展開研究工作。理論方面:主要探究板材熱應(yīng)力-外力耦合成形機理問題。實驗研究了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理及彎曲變形過程中的應(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)力耦合成形過程中的力學(xué)問題,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,得到了板材達到確定變形所需的等效外力做功的數(shù)學(xué)表達式,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。通過實驗數(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。實驗表明:成形后的板材背面的硬度和拉伸強度都有明顯提高,出現(xiàn)“反向強化”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“反向強化”現(xiàn)象對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Duhamel比擬研究了外載荷與熱應(yīng)力耦合成形的機理,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。試驗環(huán)節(jié)利用溫度載荷與外載荷耦合作用下得到的實驗數(shù)據(jù)分析了彎矩、溫度對板材變形的影響規(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理問題提供了一種方法,為實現(xiàn)船用板材的自動化、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 反向強化
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：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 研究內(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 電磁場基本理論23-25
• 2.2.2 熱分析基本理論25-27
• 2.2.3 耦合場分析基本理論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-外力耦合成形實驗研究47-66
• 4.1 實驗設(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 實驗方案48-53
• 4.2.1 溫度與加熱功率、加熱時間關(guān)系實驗方案48-49
• 4.2.2 外載荷加載方案49-51
• 4.2.3 實驗過程51-53
• 4.3 實驗結(jié)果分析53-65
• 4.3.1 溫度與加熱功率、加熱時間關(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 位移計算模型62-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第五章 冷卻條件對板材高頻感應(yīng)加熱成形力學(xué)性能影響66-74
• 5.1 實驗方案66-68
• 5.1.1 實驗材料及設(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 實驗結(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】

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本文編號：819046