三维移动式感应加热弯板成形有限元模拟研究

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热应力成形技术广泛的应用于汽车、轮船的制造过程中,板材弯曲成形技术是其中的重要阶段。随着科学技术的发展,制造业对该技术提出更高的要求,因此高频感应加热成形技术应运而生,为了提高生产效率,适应自动化生产的要求,编制高频感应加热弯板成形工艺数据库迫在眉睫,而高准确度的有限元模型的建立在后续大规模的模拟计算中起到关键作用。本文首先对感应加热原理中的电磁场与温度场有限元理论展开研究,利用ANSYS-APDL编程语言建立电磁-热-应力多物理场耦合三维有限元模型,实现了电磁场、温度场、结构场多物理场耦合,并且建立了三维移动式高频感应磁热耦合热源。模型中通过高温拉伸实验采集感应加热钢板材料的材料参数,并将测得材料参数用于有限元模拟计算。通过对比验证,本文建立的三维移动式高频感应加热弯板成形有限元模型是具有可行性和可靠性的。通过改变线圈的热源移动速度、线圈加热功率、加热道次来研究钢板的弯曲变形情况,研究表明,钢板弯曲角度θ随着热源移动速度的增加先略微增大后呈线性减小,钢板冷却后曲率半径随着热源移动速度先急剧增大后缓慢增大并趋于平稳;钢板弯曲角度θ随着加热功率的增加先线性增大后增大缓慢并趋于平缓,曲率半径随着加热功率的增大先线性急剧减小后缓慢减小;钢板的弯曲角度随着加热道次的增加而逐渐增大。用验证后的有限元模型进行大量的模拟计算,得出不同功率、不同热源移动速度下钢板弯曲变形规律,并编制出加工工艺数据表。最后通过MATLAB优化计算得出本文加工工艺参数的最优值,并得到了弯曲角度、曲率半径关于加热功率、热源移动速度的函数关系式。
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