船板電阻加熱成形實(shí)驗(yàn)分析與數(shù)值模擬.pdf

1、在船舶制造領(lǐng)域中，中厚板雙曲率成形的主要工藝為線加熱成形，其最重要的特點(diǎn)是無(wú)模成形，在對(duì)鋼板進(jìn)行局部加熱后，利用材料熱脹冷縮的性質(zhì)，使鋼板產(chǎn)生局部殘余塑性應(yīng)變，最終使鋼板彎曲變形。目前，線加熱成形普遍采用氧乙炔火焰作為加熱熱源，火焰加熱具有設(shè)備簡(jiǎn)單，體積小，操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，但是火焰熱源加工精度低，污染物排放量大，工作環(huán)境差。對(duì)此，人們提出了感應(yīng)加熱、激光加熱兩種加熱方式，但是兩種熱源都有其固有缺點(diǎn)，不適于船廠應(yīng)用。
　　為解決火焰

2、加熱線成形存在的效率低、污染重、能量輸入無(wú)法精確控制的問(wèn)題，本文采用一種新的加熱形式：電阻加熱方式。電阻加熱采用的是電信號(hào)，能實(shí)現(xiàn)能量輸入的精確控制，特別是成形過(guò)程無(wú)污染，同時(shí)又具有線加熱的靈活和柔性。這正是傳統(tǒng)線加熱成形無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，將該熱源用于厚板成形將是對(duì)線加熱技術(shù)的重大革新。
　　電阻加熱成形是電熱固相互影響的復(fù)雜非線性過(guò)程，本文利用ABAQUS有限元分析軟件，建立了電熱固直接耦合的有限元模型，對(duì)電阻加熱成形工藝參數(shù)進(jìn)行了分

3、析。通過(guò)模擬計(jì)算，對(duì)比分析了電阻加熱與火焰加熱的溫度場(chǎng)特征及變形量，研究了電極尺寸與形狀、板厚、加熱速度關(guān)鍵參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)分布的影響規(guī)律，溫度場(chǎng)參數(shù)與角變形的關(guān)系，以及應(yīng)力應(yīng)變的分布與形成規(guī)律，并對(duì)電阻加熱成形進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　研究結(jié)果表明：（1）電阻加熱相比火焰加熱溫度場(chǎng)分布更加有利于變形量的形成，能量利用率高，在相同熱影響區(qū)的情況下，標(biāo)稱寬度相對(duì)提高47.2％，角變形相對(duì)提高37.5%。（2）通過(guò)對(duì)電阻加熱模擬結(jié)果的分析，得

4、出電極尺寸、板厚和加熱速度與溫度場(chǎng)參數(shù)之間的關(guān)系。（3）Invspoly函數(shù)可以作為描述電阻加熱溫度場(chǎng)的函數(shù)。（4）在標(biāo)稱深度較小時(shí)，角變形主要由標(biāo)稱寬度及加熱面積決定，較小的等溫線斜率更加有利于產(chǎn)生角變形；在標(biāo)稱寬度基本相同的情況下，角變形隨標(biāo)稱深度的增大先增后減，當(dāng)標(biāo)稱深度為板厚的1/3時(shí)，角變形最大。（5）實(shí)驗(yàn)值與模擬值鋼板的變形量基本相同，誤差為5.3%，說(shuō)明數(shù)值模擬的變形部分精度較好，可以作為實(shí)際參考。實(shí)驗(yàn)有力地證明了電阻熱代