高频感应弯板成形技术研究

论文摘要

热应力成形是加工板料的一种重要成形方法。传统的产生热应力方法是通过火焰或激光局部加热来实现的。由于火焰或激光局部加热存在着诸多局限性,因此本文研究了一种新的板料热应力成形技术——高频感应弯板成形工艺。该工艺利用高频感应加热来代替火焰加热或激光加热来进行板料热应力弯曲成形。论文的主要工作是开发高频感应弯板成形工艺的有限元预测模型及其试验装置,研究感应加热各参数对板料弯曲成形效果的影响规律。主要内容如下:（1）开发出高频感应弯板成形工艺的磁-热-结构多场耦合有限元预测模型。在给定工艺参数前提下,用开发的有限元模型能够预测板料弯曲变形结果。（2）设计了数控高频感应弯板成形试验机。此试验机可用于进行高频感应弯板成形试验和生产。（3）用设计的试验机进行了高频感应弯板成形试验研究,对有限元预测模型进行了验证,结果表明,有限元预测模型的预测精度是可以接受的,可用于指导生产。（4）通过有限元模拟和试验研究相结合的方法,得出了主要工艺参数对高频感应弯板成形效果的影响规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高频感应弯板成形技术简介
• 1.3 高频感应弯板成形技术的研究方法和研究现状
• 1.3.1 研究方法
• 1.3.2 研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 感应加热弯板成形过程的有限元计算方法
• 2.1 引言
• 2.2 感应加热的电磁场计算
• 2.2.1 电磁场基本理论
• 2.2.1.1 麦克斯韦方程
• 2.2.1.2 一般形式的电磁场微分方程
• 2.2.1.3 电磁场中常见边界条件
• 2.2.2 感应加热电磁场有限元求解方法
• 2.2.2.1 涡流场分析的数学模型
• 2.2.2.2 材料非线性电磁场的有限元计算方法
• 2.3 感应加热的温度场计算
• 2.3.1 传热学基本理论
• 2.3.1.1 三种基本热传递方式
• 2.3.1.2 稳态传热与瞬态传热
• 2.3.1.3 线性分析与非线性分析
• 2.3.1.4 感应加热热分析的特点
• 2.3.2 感应加热温度场分析的数学模型
• 2.3.3 感应加热非线性温度场有限元求解方法
• 2.4 感应加热的磁-热耦合场计算
• 2.5 感应加热热弹塑性变形的计算
• 2.5.1 塑性应力-应变关系
• 2.5.2 弹塑性矩阵表达式
• 2.5.3 弹塑性问题的求解方法
• 2.5.4 热弹塑性问题的求解方法
• 第三章 高频感应弯板成形多场耦合模拟的实现
• 3.1 引言
• 3.2 实际问题描述
• 3.3 数值模拟思路
• 3.3.1 模拟方法与思路
• 3.3.2 提高计算效率的措施
• 3.4 模拟过程
• 3.4.1 在磁分析物理环境里模拟
• 3.4.2 在热-结构耦合分析物理环境模拟
• 3.4.3 感应加热阶段的多场耦合模拟
• 3.4.4 钢板冷却阶段模拟
• 3.5 高频感应弯板成形有限元预测模型命令流
• 第四章 高频感应弯板成形规律的研究
• 4.1 引言
• 4.2 加热时间对弯板成形效果的影响
• 4.2.1 模拟方案
• 4.2.2 模拟结果
• 4.2.3 结果分析
• 4.3 电流密度对弯板成形效果的影响
• 4.3.1 模拟方案
• 4.3.2 模拟结果
• 4.3.3 结果分析
• 4.4 电流频率对弯板成形效果的影响
• 4.4.1 模拟方案
• 4.4.2 模拟结果
• 4.4.3 结果分析
• 4.5 冷却方式对弯板成形效果的影响
• 4.5.1 模拟方案
• 4.5.2 模拟结果
• 4.5.3 结果分析
• 4.6 其它因素对弯板成形效果的影响
• 第五章 高频感应弯板成形试验机的设计
• 5.1 引言
• 5.2 对高频感应弯板成形试验设备的性能要求
• 5.3 高频感应弯板成形试验机的设计
• 5.3.1 主要设计思想
• 5.3.2 试验机驱动系统的设计
• 5.3.2.1 试验机对电机的要求
• 5.3.2.2 电机参数
• 5.3.2.3 电机型号选择
• 5.3.2.4 电机驱动器
• 5.3.2.5 电源
• 5.3.3 驱动系统中电机的控制与实现
• 5.3.3.1 驱动系统控制元件的选择
• 5.3.3.2 驱动系统控制模块
• 5.3.3.3 驱动系统控制源程序编写
• 5.3.4 试验机其它部分的设计
• 5.4 高频感应弯板成形试验机的制作
• 5.4.1 制作试验机
• 5.4.2 试用效果
• 第六章 高频感应弯板成形试验研究
• 6.1 引言
• 6.2 试验方案及过程
• 6.3 试验结果及其分析
• 6.3.1 第一组试验结果及其分析
• 6.3.2 第二组试验结果及其分析
• 6.3.3 试验结论
• 6.4 模拟误差原因分析及提高模拟精度措施
• 6.4.1 模拟误差原因分析
• 6.4.2 提高模拟精度措施
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 附录 高频感应弯板成形有限元预测模型命令流
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文