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。     

船舶钢板激光弯曲成形的实验研究

在对船舶钢板激光弯曲成形过程进行实验研究中，采用CO2激光器研究了激光功率、扫描速度、扫描次数以及钢板厚度对船舶钢板激光弯曲成形的影响规律。实验中实时测量了船舶钢板激光弯曲成形过程钢板弯曲角度和温度的变化。结果表明：钢板弯曲角度随激光功率的增加而增加，随激光束扫描速度的增加而减小，而且随着钢板厚度的增加，弯曲角度减小；激光工艺参数和钢板厚度都对钢板激光多次扫描成形产生影响，钢板的弯曲角度随着激光扫描次数的增加而增加。对于较薄的船舶钢板，钢板弯曲角度随扫描次数增加近似呈线性增加，而较厚的钢板，随扫描次数的增加，钢板弯曲角度的增加逐渐减小。     

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。     

管材激光弯曲工艺研究

管材激光弯曲是一种具有极高柔性的金属塑性加工方法,特别适合于薄壁管材的小曲率半径弯曲。文章依据塑性力学原理推导了管材激光弯曲的弯曲角度计算公式,并与试验结果进行了对比。理论计算与试验结果均表明,激光弯曲角度随激光扫描次数的增加而增大,但并不呈线性关系,同时还存在一个获得永久塑性弯曲的激光功率阈值。     

船用中厚板热-外力辅助成形实验研究

为解决船用中厚板难于成形的问题,采用热应力和外载荷辅助作用的方式提高成形效果,通过实验研究了板材表面温度场的分布与加热功率和时间的关系。研究结果表明:试验温度为300~350℃、加热时间为12~16 s时的成形效果显著。采用数据拟合方法分析了弯曲角度、曲率半径与温度和弯矩之间的关系,推导了位移与曲率半径之间的关系,并建立了相关的数学模型。同时,基于建立的位移与曲率半径的数学模型,通过MATLAB曲面拟合工具模拟了中厚板位移变形,模拟结果与实验结果基本吻合。     

基于弹性-幂强化材料模型的金属管材弯曲回弹分析

对金属管材在弯曲条件下的应力-应变关系进行分析,基于弹性-幂强化材料模型,在中性层附近的弹性变形区采用线性关系描述应力-应变关系,在塑性变形区采用幂函数形式描述应力-应变关系。根据回弹理论,计算时考虑了管材壁厚,推导了金属管材弯曲回弹角的近似计算公式。计算结果表明,弹性变形区产生的回弹量占整体回弹量的比值非常小。回弹角的大小与材料的自身参数相关,随着弹性模量E、材料硬化系数n的增大而减小,随着塑性系数K、管材壁厚t的增大而增大。回弹角的大小与弯曲时的弯曲角度和曲率半径相关,随着弯曲角度α、曲率半径ρ的增大而增大。     

宝钢高强钢V弯回弹的特性研究

以宝钢生产的14种规格和牌号的钢板为研究对象,对其V弯成形特性进行了研究,通过单向拉伸实验,获得材料的基本力学性能,分析了试验材料的V弯回弹规律。试验结果表明,材料存在正、负回弹,相同弯曲角度下随弯曲半径增大,回弹量增加且趋向正回弹,在相同弯曲半径下,弯曲角度增大,回弹量减小且趋向负回弹,可通过调整弯曲角度或弯曲模具圆角大小来可合理控制零件回弹;在相同厚度条件下,当材料抗拉强度大于600 MPa时,回弹量显著增大;在相同强度条件下,回弹量随弯曲角度的增大而趋向负回弹,同时随着弯曲半径的变大,回弹量随材料厚度产生的差异趋缓,并趋向正回弹;980 MPa强度级别材料中材料厚度越小,不同弯曲半径下的回弹量差异变大;厚度相同的情况下,QP钢和MS钢的回弹量比DP钢更趋向于正回弹;数值拟合发现,回弹角度随R/T值的增大而增大,且经历一个由负到正的过程。随着弯曲角度的增大,拟合曲线下移且斜率变小,只有当R值足够大时才会出现正回弹。     

钛合金板材激光弯曲成形工艺参量分析与弯曲角度预测

为了分析激光弯曲成形过程中各个工艺参数对弯曲角度的影响,从而对弯曲角度进行预测,在激光弯曲成形过程中对激光功率、光斑大小、扫描速度、扫描次数、线能量密度等参数进行了合理控制,根据实验结果分析了各个工艺参量对弯曲角度的影响,并基于最小二乘法对激光弯曲角度进行了预测。结果表明当光斑大小和扫描速率等工艺参数恒定时,工件的形变角度随功率增大而逐渐增大,弯曲角度随扫描速率的增加呈先增后减的凸函数曲线形状;弯曲角度与扫描次数近似呈线性关系;弯曲角度随线能量密度增大先增大后减小。若激光弯曲后工件能够得到充分冷却,则每次扫描引起的角度增量基本相等。本实验条件下,线能量密度取6. 7 J·mm-2时可在多次加工后获得最大弯曲角度。     

铝合金型材聚氨酯柔性垫弯曲研究

型材聚氨酯垫弯曲是一种将超弹性的聚氨酯垫作为弯曲凹模的型材弯曲新技术。通过调节型材压入聚氨酯垫的深度,可得到具有不同曲率半径甚至变曲率半径分布的零件。文章首先设计并制造了聚氨酯垫柔性弯曲装置。利用研制的聚氨酯垫柔性弯曲装置,以槽形截面铝合金型材为对象,通过实验,研究了压入深度和型材曲率半径的关系,以及型材截面形状对曲率半径的影响。结果表明,对于所研究型材,其曲率半径随压入深度的增加而减小。当压入深度较小时,曲率半径迅速减小;随着压入深度的继续增加,曲率半径的缓慢减小。当采用不同弯曲方式时,型材截面抗弯模量的变化以及截面中性层位置的变化,都对弯曲件的曲率半径有重要影响。截面抗弯模量越大弯曲越困难,截面中性层与压辊轴线的距离越大,曲率半径越小。     

激光弯曲工艺参数对铝合金板材弯曲角度的影响

针对激光弯曲成形铝合金板材时弯曲角度的控制问题,采用光纤激光器进行了不同激光功率和扫描速度的多次扫描对比试验,研究了激光功率、扫描速率和扫描次数等主要参数对铝合金板材弯曲角度的影响。通过正交试验确定了影响板材弯曲角度的因素次序。结果表明:影响铝合金板材弯曲角度的重要性次序为:扫描次数、激光功率、扫描速度。基于MATLAB的拟合功能,运用多项式的最小二乘法获得了拟合图形。     

跟踪水冷下钢板高频感应三维移动加热成形有限元模型研究

基于APDL语言编写了跟踪水冷程序。采用磁场与温度场耦合移动热源,运用有限元分析软件建立了三维移动式跟踪水冷的电磁-热-应力的全耦合模型,对高频感应加热成形中跟踪水冷和自然空冷进行了数值模拟和实验分析。并利用实验测量结果和数值模拟结果证明了模型的合理性;分析了不同冷却方式对钢板成形的影响。结果表明:钢板加热时温度场和Y方向应力场分布都不均匀,且在跟踪水冷条件下钢板获得更大的温度梯度,其最终沿着Y方向的位移量和弯曲角度均大于空气自然冷却条件下沿着Y方向的位移量和弯曲角度。其中沿着Y方向的位移量平均增大0.45 mm,弯曲角度平均增大0.5°。     

镀锌钢板在不同点焊规范参数下的数值模拟

本文采用有限元分析软件Ansys对1mm厚度的镀锌钢板点焊热过程进行模拟,通过分别改变焊接电流、加热时间及电极压力,比较了不同规范参数下的焊接区温度场的分布及变化规律,确认了该厚度镀锌钢板的理想规范参数,并通过实际点焊实验对规范的合理性及模拟的准确性进行了验证。研究结果表明：提高点焊电流或延长加热时间,都会增大熔核尺寸;随着电极压力的增加,熔核的直径和焊透率都不断减小,其中焊透率的下降较为显著。     

薄板的各向异性对等离子电弧弯曲成形过程的影响

为了研究各向异性的金属薄板对等离子电弧加热弯曲成形的影响规律,采用等离子电弧以直线分别沿1Cr18Ni9Ti薄板轧制方向(RD)和垂直于轧制的方向(TD)进行加热弯曲成形试验.结果表明随着电弧扫描速度的降低,电弧功率增大以及扫描次数的增加,薄板塑性变形的各向异性影响减弱;反之则增强.该研究对薄板等离子电弧加热弯曲成形的实际应用有重要意义.     

钢板高频感应加热热应力成型影响因素研究

为了解决钢板的复杂曲面热应力的成型问题,采用高频感应加热技术,探究了钢板弯曲成型的重要影响因素。采用COMSOL Multi-physics等仿真平台,分析了钢板厚度、线圈与钢板的间距、钢板尺寸和电流频率四个因素对钢板弯曲成型的影响。结果表明,随着钢板厚度的增加,钢板最大竖向位移呈减小趋势并趋于0.03 mm;线圈与钢板的间距越小,钢板加热产生的热量越多,钢板冷却后的最大竖向位移越大,当间距为1 mm时钢板的温度高达750℃,钢板的最大竖向位移为0.17 mm;钢板尺寸越大,其重力所产生的纵向变形占其总变形的比例也越大,当钢板的纵向长度增加到560 mm时,钢板自重产生的位移占总位移的比例高达90%;电流频率越高,钢板的升温速度越快;当钢板加热区温度达到居里点时,钢板的温度变化率降低。     

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.     

扫描路径规划对激光弯曲成形影响的实验研究

在三维激光成形中,扫描步距、扫描的先后次序、扫描线距自由端的距离等扫描路径规划参数对最终变形量都有影响。实验表明：当扫描线距自由端的距离L′增加时,弯曲角度随之增大,但当L′继续增加时,板料的弯曲角度却减小,最后逐渐趋于平缓。当扫描步距太小,板料的总体弯曲效果并不好,而且由于重叠加热,使板料硬度降低。随着扫描步距的继续增大,板料的最终弯曲效果只是每次扫描的弯曲变形量的简单迭加。而且实验发现,先采用大的步距对板料进行扫描,然后在两条扫描线之间再插入扫描线,此时的弯曲效果比顺次加热的弯曲效果要好。     

温度对BT20合金筒形件真空热胀形影响模拟研究

基于热弹塑性有限元方法,使用有限元软件MSC.Marc对BT20合金筒形件真空热胀形过程进行了模拟研究。计算了不同加热温度对BT20合金筒形件胀形量、弯曲角度和残余应力的影响。模拟结果表明,随着加热温度的升高,BT20合金筒形件胀形量和弯曲角度增加,残余应力降低。当温度在750~850℃之间时,BT20合金筒形件胀形量、弯曲角度和残余应力变化幅度较小。     

板材几何尺寸对激光弯曲成形角的影响

为了研究板材几何尺寸对弯曲角的影响,采用有限元法对不同尺寸规格的DP980双相高强钢板的激光弯曲成形过程进行模拟分析,分别讨论了板材的长度、宽度和厚度变化对成形过程中的温度峰值和最终弯曲角的影响。结果表明,DP980钢板的激光弯曲成形角随着板材长度或宽度的增加而增大,随着厚度的增加而减小。当长度和宽度分别从50 mm增加至200 mm时,板材的弯曲角增量分别为6. 8%和16. 4%;当厚度从1. 0 mm增加至2. 2 mm时,弯曲角减小量为60. 3%。同时,利用最小二乘法计算出了板材的长度、宽度和厚度与激光弯曲角之间的数学关系模型。     

TRIP980钢板激光焊接工艺研究

采用不同焊接工艺对TRIP980钢板进行激光焊试验,研究了激光功率及焊接速度对接头宏观组织及力学性能的影响。结果表明:随着激光功率的增大,焊缝熔深逐渐增加直至完全焊透,此时接头强度先提高,之后保持稳定,断裂位置由焊缝过渡为母材,当功率过大时将产生严重飞溅,恶化焊缝性能,导致拉伸时沿焊缝开裂。随着焊接速度的提高,飞溅开始严重,导致接头强度较低,沿焊缝开裂,之后飞溅减小,接头强度提高且保持稳定,并沿母材断裂,继续提高焊接速度,焊缝熔深减小,接头强度降低,且沿焊缝处断裂。对于本研究钢板焊接合理的热输入为:33 333～50 000 J/m。     

温度对BT20合金简形件真空热胀形影响模拟研究

基于热弹塑性有限元方法,使用有限元软件MSC.Marc对BT20合金筒形件真空热胀形过程进行了模拟研究.计算了不同加热温度对BT20合金筒形件胀形量、弯曲角度和残余应力的影响.模拟结果表明,随着加热温度的升高,BT20合金筒形件胀形量和弯曲角度增加,残余应力降低.当温度在750～850℃之间时,BT20合金筒形件胀形量、弯曲角度和残余应力变化幅度较小.