钢板高频感应移动加热成形有限元建模及模拟研究

基于Ansys-APDL语言,采用磁场与温度场耦合移动热源,对感应加热钢板进行三维电磁-热-应力耦合模拟分析。结果表明,钢板加热时温度场和钢板Y方向变形场分布都不均匀,加热最后区域均出现明显的端部效应;加热区前端的温度梯度大,尾端的温度梯度小,钢板上下表面出现较大的温差;加热区域Y方向变形量UY随加热功率的增加而增大,随加热速度v的增大而减小;随着加热功率的增大,钢板弯曲角度θ线性增大,曲率半径ρ先减小后趋于定值;随着线圈移动速度的加快,钢板的弯曲角度θ线性减小,曲率半径ρ先增大后趋于定值。     

中厚船舶钢板激光弯曲成形几何效应的数值模拟

建立板材激光弯曲的三维非线性准静态弹塑性热力耦合有限元模型。使用有限元软件 MSC Marc对中厚船舶钢板的激光弯曲成形过程进行数值模拟。计算了船舶钢板激光弯曲成形过程的温度场和变形场, 并进行相应的实验验证。模拟结果与实验结果吻合较好。用建立的模型对中厚船舶钢板的激光弯曲成形过程中钢板的几何效应进行数值模拟, 讨论了一定工艺条件下钢板几何参数与弯曲角度之间的关系, 为在将来实际生产中制定和优化钢板激光弯曲成形的工艺参数提供理论依据。     

阳极板多道次辊弯成形过程数值模拟

利用有限元软件MAC.MARC,根据按辊弯成形工艺建立的辊花图,对阳极板多道次辊弯成形过程进行了数值模拟。基于动力显示算法,采用刚性辊轮沿板材长度方向运动的方式建立了阳极板多道次辊弯成形有限元模型。分析了成形过程中阳极板的Y向位移、等效应力与等效塑性应变的变化,重点研究了板材成形时等效塑性应变在弯曲角处的变化。结果表明,等效塑性应变的极值主要出现在当前道次所成形的弯曲角位置,且随成形弯曲角度的增大而增大。     

大尺寸钢板高频感应加热成形影响因素

为解决船用中厚钢板复杂曲面成形的问题,采用高频感应加热热源的热应力成形技术,探究了大尺寸钢板弯曲成形的重要影响因素。借助COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台,分析了加热时间、自重、频率和加热功率4个因素对大尺寸钢板弯曲成形的影响。并通过实验验证了有限元仿真的有效性。仿真与实验结果表明:加热2 s后,钢板上表面温度和应力均有明显增加,并开始出现塑性变形;当钢板上表面最大温度达400℃之后,自重对大尺寸钢板弯曲位移有显著影响;与低频加热相比,当加热时间相同时,频率高的升温较快,但冷却时的降温也较快;随着加热时间增加,Y向位移与功率关系出现"反转"现象,为确定钢板曲面成形最佳加热时间提供理论依据。     

厚板厚向温度分布对热轧过程金属变形的影响

基于温控形变耦合工艺下轧件厚向温度分布的特点,即使轧件厚向芯表温差相等,但厚向温度梯度不同,会对金属变形产生不同的影响。通过数值模拟,研究了厚板厚向温度梯度对轧件内部金属变形的影响。对于芯表温差为300 ℃的温度场,随着冷却强度与水冷时间的不同,沿钢板厚向会形成“近表层大温度梯度区+近芯部等温区”的混合温度场。随着冷却强度的增大,水冷时间的减少,近芯部等温区厚度逐渐增加。经模拟计算,当钢板近芯部等温区厚度增加至1/2板厚时,轧件芯部应变值减少约0.015。结果表明,大冷却强度、少水冷时间的温控形变耦合工艺,会弱化轧件厚向变形渗透效果。另外,随着近芯部等温区厚度的增加,头部沿纵向金属变形不均匀性减小,表明大冷却强度、少水冷时间的温控形变耦合工艺,有利于提高轧件头部沿长度方向的金属流动均匀性。     

单曲率板材激光弯曲成形过程的有限元模拟

利用有限元软件MSC.Marc建立了单曲率板激光弯曲成形过程的热力耦合有限元模型。计算并分析了激光弯曲成形过程中板材内部的温度场、应力场和位移场。此外,还研究了扫描线的长度和单曲率板的初始形状对激光弯曲成形的影响。结果表明:随着扫描线长度的增加,板材的弯曲变形量增大;随着单曲率板曲率的增加,板材的弯曲变形量减小。实验结果验证了模型的可靠性。     

激光弯曲成形1Cr17Ni2不锈钢板料应力-应变场有限元模拟

在综合分析材料热物理性能和力学性能的基础上,建立了板料激光弯曲成形的三维热力耦合模型。利用有限元分析软件对1Cr17Ni2不锈钢板的激光单次扫描弯曲过程进行了数值模拟,得到了应力一应变场模拟结果。模拟结果表明,当高能激光束沿板料表面扫描,在板厚方向会产生强烈的温度梯度,致使加热区材料的塑性应变沿板厚方向差别很大,从而导致板料的弯曲变形。     

铜合金薄板的脉冲激光弯曲成形数值分析与实验

借助有限元方法研究C194铜合金薄板的脉冲激光弯曲成形。建立脉冲激光弯曲成形的热力耦合分析模型,解决了激光热源加载、求解稳定性和精度控制等关键技术;对多点脉冲激光弯曲成形进行有限元模拟,通过对模型的温度场、应力/应变场和位移场的动态变化和稳态分布的分析,揭示了其成形机理和规律,薄板的整体弯曲成形是所有脉冲变形效应的叠加结果,且变形量与脉冲次数有着明显的线性关系。实验结果表明,数值分析结果与实验结果有较好的一致性。     

船用中厚板移动式感应加热成形性实验研究

采用实验的方法,研究了船用Q345中厚板在不同功率、不同加热时间的感应加热热应力成形弯曲角度和曲率半径,研究了15 mm厚钢板多次加热的弯曲角度和曲率半径。结果表明:当钢板没有加热透时,弯曲角度随着加热功率和加热时间的增大而增大,而且增加量越来越小,曲率半径随着弯曲角度的增大而减小;当钢板加热透时,加热线宽度随着弯曲角度的增加而增大,而曲率半径几乎保持不变。随着加热次数的增多,弯曲角度与加热次数成线性增大,功率越高增大速度越快。     

板料高频感应热应力成形技术试验研究

文章在分析水火成形和激光热应力成形研究工作基础上,选择了钛板作为研究对象,使用自己设计的试验装置对高频感应热应力成形进行了试验研究,得到了感应加热工艺参数、冷却方式和材料性能等因素对板料弯曲变形的影响规律.结果表明:板料弯曲角度随着电流的增大或线圈移动速度的提高而先增后减;采用水冷方式能够比空冷方式获得更大的弯曲角度;板料弯曲角度随着电流频率的提高增大.     

串联谐振式高频感应焊接逆变电源

传统的高频感应加热电源通过改变逆变器的工作频率来调节输出功率，逆变器的输出功率因数很低，而且逆变器开关管工作在硬开关状态，开关损耗大，效率低。按照大功率发电机、变压器铜排绕组焊接工艺和不同规格铜排的焊接要求，这种设备不适合这类应用。作者研究了新型频率跟踪电路，控制逆变器工作在谐振状态，负载等效阻抗呈电阻性，逆变器的输出功率因数接近1，大大减小了开关器件的功率损耗，提高了整机的效率。功率调节采用直流斩波调压实现。设计并制作了20kHz／30kw串联谐振式高频感应焊接逆变电源，改变了传统的焊接工艺，具有体积小、效率高、加热速度快等优点。     

高频感应钎焊中电源频率的优化选择

在高频感应钎焊的过程中，要获得良好的钎焊接头，必须要根据接头材料的物理性能选择合适频率的高频电源，采用计算机数值分析手段建立了感应加热电源及其频率范围的选择数值分析模型。研究表明，数值解析法可以作为高频感应钎焊感应加热设备设计的重要方法。在对高频电源电流频率等参数的选择时，利用数值解析模型所得到的解析近似解进行频率选择比传统经验公式更精确。因为后者由平面电磁波在导电媒质中的传播特性导出，更适合于板状结构感应加热时频率的选择。而对于管状或其它复杂形状，利用数值解析解可以较好地对高频电源的频率进行优化选择。     

高频感应熔覆装置的优化设计

为促进高频感应熔覆技术的升级,对高频感应熔覆技术的试验机构进行了结构改进.以廉价、不隔磁的石英管内置于感应器中,将试样与氧化气氛隔离,仅使玻璃管中的惰性气体同大气相比具有微小的正压便足以保护试样不被氧化,并可用简装热电偶对温度进行精确测量,使熔覆工艺试验具有低成本、高精度的双重作用.利用所设计装置的熔覆试验表明,该装置具有良好的防氧化效果.     

高频感应加热紫铜钎焊接头组织特征

~~高频感应加热紫铜钎焊接头组织特征$湖北荆门职业技术学院!448000@彭硕 @于汉臣$哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室!150001 @李大成$哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室!150001 @闫久春$哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室!150001~~     

高频感应焊接逆变电源PWM和PFM软开关控制

高频感应焊接逆变电源具有体积小、效率高、加热速度快等优点,但是传统设备采用的是整流调压方式,其控制精度低、动态响应速度慢,并且逆变器功率开关管经常工作在硬开关状态,引起较大开关损耗,使效率降低.文中提出一种使用自关断器件绝缘栅极晶体管作为功率开关,采用脉冲宽度调节方式和脉冲频率调节方式混合调功方式的高频感应焊接逆变电源的软开关控制方法,详细分析了电路的控制原理和工作模式,并设计出以锁相环为核心的控制电路.结果表明,这种方法实现了全部开关器件的软开关控制,具有功率调节范围宽,软开关调整范围广的优点.     

高频感应钎焊热管砂轮仿真与试验研究

为提高热管砂轮的强化换热优势,设计一种适合高频感应加热的热管砂轮感应器,并使用仿真软件分析电流大小、加热间隙、线圈夹角3个参数对钎焊温度分布的影响,由此确定热管砂轮高频感应钎焊的优化参数组合。最后,利用优化的感应器结合高频感应钎焊技术制成CBN磨粒热管砂轮。试验结果表明:加热时基体温度分布均匀,砂轮表面钎料与砂轮基体和磨粒结合良好,CBN磨粒有序排布,验证了钎焊工艺参数和感应器结构设计的合理性。      

基于线性自抗扰控制的高频真空感应炉温度控制

真空感应炉是对金属材料进行热处理工艺的一种高效设备。在感应加热系统中,温度的高低直接影响着加热物料的质量好坏。而如何实现加热温度的精确控制,是控制系统需要解决的关键问题。目前,大部分的温度系统仍使用PID控制方法,但PID控制中的控制参数一旦确定就只能适应一个系统,这就导致了该方法具有较差的抗干扰能力,影响了系统的控制精度以及控制速度。为了改善上述PID控制的缺点,通过在真空感应炉上进行数据采集,并应用MATLAB对系统进行辨识,提出了真空感应炉的温度控制系统的线性自抗扰控制策略。设计了用来对系统的状态及总扰动进行实时观测并给予补偿的线性扩张状态观测器,求取控制器参数的收敛范围,应用劳斯判据对系统的稳定性进行分析。最后,应用MATLAB进行设定值跟踪和抗干扰能力仿真,仿真结果表明:LADRC比传统的PID控制系统具有更快的响应速度以及控制精度,且鲁棒性更优。     

铜散热器高频感应钎焊专机的研制

高频感应钎焊专机是为钎焊铜散热器的干管和两端的封堵而专门设计的半自动钎焊专机，被焊工件（见图１）是壁厚为１．５mm的异型铜管与壁厚为１２mm的黄铜管端封堵，两者同为导热性能极好的铜材料，但壁厚相差７倍，原采用手工火焰钎焊方法，由于加热温度难于控制且无法有效地保证管与封堵同时均匀地升温，再加上手工送钎料和焊缝的形状异型，因此不可避免地出现钎焊接头的质量问题，如钎焊强度不高，致密性不好，且由于火焰钎焊是一个局部加热过程，易产生应力和变形。图２高频振荡器的基本线路针对火焰钎焊存在的弊端，决定采用高频感应钎…