船板電阻加熱成形實驗分析與數值模擬.pdf

1、在船舶制造領域中，中厚板雙曲率成形的主要工藝為線加熱成形，其最重要的特點是無模成形，在對鋼板進行局部加熱后，利用材料熱脹冷縮的性質，使鋼板產生局部殘余塑性應變，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，火焰加熱具有設備簡單，體積小，操作靈活等優(yōu)點，但是火焰熱源加工精度低，污染物排放量大，工作環(huán)境差。對此，人們提出了感應加熱、激光加熱兩種加熱方式，但是兩種熱源都有其固有缺點，不適于船廠應用。
　　為解決火焰

2、加熱線成形存在的效率低、污染重、能量輸入無法精確控制的問題，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，能實現能量輸入的精確控制，特別是成形過程無污染，同時又具有線加熱的靈活和柔性。這正是傳統(tǒng)線加熱成形無法實現的，將該熱源用于厚板成形將是對線加熱技術的重大革新。
　　電阻加熱成形是電熱固相互影響的復雜非線性過程，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，對電阻加熱成形工藝參數進行了分

3、析。通過模擬計算，對比分析了電阻加熱與火焰加熱的溫度場特征及變形量，研究了電極尺寸與形狀、板厚、加熱速度關鍵參數對溫度場分布的影響規(guī)律，溫度場參數與角變形的關系，以及應力應變的分布與形成規(guī)律，并對電阻加熱成形進行了實驗驗證。
　　研究結果表明：（1）電阻加熱相比火焰加熱溫度場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，標稱寬度相對提高47.2％，角變形相對提高37.5%。（2）通過對電阻加熱模擬結果的分析，得

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