感應(yīng)加熱是工程中常見的工藝方法,其典型的應(yīng)用場景有焊接、熱處理、彎板成形和矯形等。但感應(yīng)加熱工藝是一種涉及磁場、溫度場、變形場的復(fù)雜過程,需要采用多物理場耦合數(shù)值模擬技術(shù)來輔助這一過程。目前常見的磁-熱-固耦合不考慮變形場對后續(xù)電磁場的影響,不能滿足感應(yīng)加熱應(yīng)用場合的要求;另外,磁-熱-固耦合對網(wǎng)格要求苛刻,難于滿足生產(chǎn)現(xiàn)場分析計算,需要簡化磁-熱-固耦合分析模型。據(jù)此本文開發(fā)了一種針對感應(yīng)加熱的磁-熱-固全耦合數(shù)值模擬方法,并提出一種基于磁-熱-固耦合數(shù)值模擬構(gòu)建等效熱源以簡化耦合分析的方法。為此進行了以下工作:(1)磁-熱-固全耦合數(shù)值模擬方法的開發(fā)針對感應(yīng)加熱工藝,在磁-熱雙向耦合的基礎(chǔ)上,通過網(wǎng)格隨移的方法,將變形場產(chǎn)生的節(jié)點位移保留在耦合分析的通用數(shù)據(jù)庫中,從而將變形傳遞到磁分析,建立起磁-熱-固全耦合模型,用于研究感應(yīng)加熱變形對后續(xù)成形的影響。通過全耦合模型與非全耦合模型計算結(jié)果對比,驗證了開發(fā)的感應(yīng)加熱磁-熱-固全耦合數(shù)值模擬方法的有效性,為工程中感應(yīng)加熱過程的數(shù)值計算提供了一個新的工具。(2)基于磁-熱-固耦合的感應(yīng)加熱等效熱源構(gòu)建方法研究由于磁分析、雙向耦合和部件相對...

【文章頁數(shù)】：149 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 感應(yīng)加熱及數(shù)值模擬的國內(nèi)外研究進展
        1.2.1 感應(yīng)加熱設(shè)備
        1.2.2 感應(yīng)加熱數(shù)值模擬的國內(nèi)外研究進展
    1.3 現(xiàn)有研究不足
    1.4 本文的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點
        1.4.1 研究內(nèi)容
        1.4.2 主要創(chuàng)新點
第二章 磁-熱-固全耦合數(shù)值模擬方法的開發(fā)及驗證
    2.1 引言
    2.2 磁-熱-固全耦合模型的開發(fā)
        2.2.1 耦合的基本概念
        2.2.2 物理環(huán)境法
        2.2.3 網(wǎng)格隨移
        2.2.4 磁-熱-固全耦合模型
    2.3 三維磁-熱-固耦合數(shù)值模擬的主要影響因素
        2.3.1 磁分析方法
        2.3.2 移動方法
        2.3.3 感應(yīng)器的網(wǎng)格劃分
        2.3.4 空氣域的建立與網(wǎng)格劃分
        2.3.5 試驗驗證提出的優(yōu)化空氣域模型
    2.4 基于優(yōu)化空氣域方案的耦合數(shù)值模擬的優(yōu)化探討
        2.4.1 渦流集膚層網(wǎng)格密度
        2.4.2 感應(yīng)器移動的兩種方法
        2.4.3 工件面內(nèi)網(wǎng)格密度
        2.4.4 時間子步
    2.5 磁-熱-固全耦合模型的應(yīng)用與驗證
        2.5.1 加熱參數(shù)
        2.5.2 建模分析方案
        2.5.3 材料物理性能參數(shù)
        2.5.4 有限元模型及邊界條件
        2.5.5 計算結(jié)果
        2.5.6 驗證
    2.6 本章小結(jié)
第三章 基于磁-熱-固耦合的感應(yīng)加熱等效熱源構(gòu)建方法研究
    3.1 引言
    3.2 現(xiàn)有等效熱源的研究方法
        3.2.1 焊接變形計算等效熱源的研究
        3.2.2 火焰水火彎板成形計算等效熱源的研究
        3.2.3 感應(yīng)加熱等效熱源的研究
    3.3 等效熱源替代耦合分析的研究
        3.3.1 局部精細耦合模型的建立
        3.3.2 材料性能參數(shù)所導(dǎo)致不斷變化的熱源分布
        3.3.3 移動感應(yīng)加熱的準穩(wěn)態(tài)
        3.3.4 等效熱源替代耦合分析熱源的合理性
    3.4 等效熱源的構(gòu)建方法
        3.4.1 疊加功率的數(shù)值實現(xiàn)
        3.4.2 等效熱源數(shù)學(xué)模型的建立
        3.4.3 施加等效熱源的數(shù)值實現(xiàn)
    3.5 本章小結(jié)
第四章 感應(yīng)加熱彎板成形數(shù)值模擬研究
    4.1 引言
    4.2 有效功率和半徑
        4.2.1 彎板成形等效熱源的數(shù)學(xué)模型
        4.2.2 有效功率和半徑的確定方法
    4.3 基于等效熱源構(gòu)建方法的熱源與加熱參數(shù)關(guān)系數(shù)學(xué)模型的研究
        4.3.1 熱源影響參數(shù)
        4.3.2 量綱分析原理和方法
        4.3.3 基于量綱分析的熱源與加熱參數(shù)關(guān)系的簡化
        4.3.4 等效熱源與加熱參數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型
    4.4 關(guān)系數(shù)學(xué)模型的驗證
        4.4.1 Inductor-A彎板成形驗證
        4.4.2 Inductor-B彎板成形驗證
    4.5 本章小結(jié)
第五章 感應(yīng)加熱活塞熱疲勞試驗數(shù)值模擬研究
    5.1 引言
    5.2 活塞的熱疲勞分析
        5.2.1 活塞的失效
        5.2.2 熱疲勞產(chǎn)生的條件
        5.2.3 考慮應(yīng)力集中的局部應(yīng)力-應(yīng)變法
        5.2.4 活塞熱疲勞損傷的試驗研究方法
        5.2.5 熱疲勞壽命預(yù)測模型
        5.2.6 拘束率-疲勞壽命預(yù)測模型
    5.3 熱疲勞模擬試驗
        5.3.1 熱疲勞試驗平臺
        5.3.2 溫度測量點
        5.3.3 加熱-冷卻循環(huán)方案
    5.4 基于等效熱源構(gòu)建方法的拘束率數(shù)值計算
        5.4.1 幾何模型及網(wǎng)格劃分
        5.4.2 材料物理性能參數(shù)及加熱參數(shù)
        5.4.3 等效熱源的構(gòu)建
        5.4.4 熱-固耦合分析
        5.4.5 拘束率的計算
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 本文總結(jié)
    6.2 本文展望
參考文獻
致謝
攻讀博士期間已發(fā)表或錄用的論文
攻讀博士期間參與的科研項目



本文編號：3803195