基于固有应变的钢板多加热线感应加热变形预测方法研究

This project is focused on the problem of deformation calculation of ship-hull plate induction heating due to multi heating lines based on inherent strain. This project will build the plate surface deformation differential equation by multi heating lines induction heating through multi laminate plate theory, so the analytical solution of the plastic deformation will be solved. The process mechanics model of inherent strain in plate induction heating process will be built by this analytical solution in combination with the spar-disk model of inherent strain. On the research of inherent strain, the generation mechanism of inherent strain in the induction heating process of the plate will be analyzed by using a coupled electromagnetic, thermal and structural finite element model for the moveable induction heating process. The influence on inherent strain of heating lines mode, restriction degree, mechanical properties and thermal properties is investigated by numerical analysis and experiment research. And the inherent strain zone and its mathematical model with induction heating parameters will be built. Based on the above results, the deformation prediction problem of multi heating lines induction heating process will be solved by developing an elastic finite element model with inherent strain technology, which can provide the theoretical foundation and technical support for the plate forming automation by using induction heating.

本项目旨在探索基于固有应变法的船体板多加热线感应加热变形计算问题。拟通过多层板理论建立钢板感应加热过程的曲面变形微分方程，得到钢板变形的解析解，该解析解结合固有应变的杆-簧模型，建立钢板感应加热过程固有应变计算的工艺力学模型。在固有应变研究方面，采用移动式钢板感应加热电磁-热-结构耦合的有限元模型研究钢板感应加热中固有应变的产生机理；通过实验和数值方法分析固有应变与加热线模式、约束度、机械性能及热物理参数等的影响关系，并建立固有应变区几何特征与感应加热工艺参数的关系模型。基于以上的研究成果，钢板多加热线感应加热变形的预测难题可以通过开发固有应变的弹性有限元计算模型得到解决，为船体板感应加热的自动化成形提供理论基础和技术支持。

本项目旨在探索基于固有应变法的船体板多加热线感应加热变形计算问题，攻克船体板水火弯板工艺钢板变形的计算的关键技术。.首先基于罗森塞尔的移动热源理论和多点热源模型求解了钢板温度场的解析解，从而计算出固有应变区的几何尺寸，该解析解结合固有应变的杆-簧模型等理论，建立钢板感应加热过程固有应变计算的工艺力学模型。.在固有应变研究方面，采用移动式的钢板感应加热电磁-热-结构耦合有限元模型研究钢板感应加热中固有应变的分布规律，确定了适合于钢板感应加热成形的固有应变加载方法，并开发了适合于钢板感应加热成形应用的固有应变弹性有限元分析模型。.通过实验和数值方法建立了线状加热和三角加热时固有应变数据库，这两个数据库分别对应于帆形板和鞍形板的感应加热成形过程。.基于以上的研究成果，本项目开发了船体曲面板感应加热成形工艺规划支持系统，该软件主要完成船体曲面板感应加热过程工艺规划和多加热线感应加热时的钢板变形计算任务。该关键为船体板感应加热的自动化、高精度成形提供理论基础和技术支持。.经过本项目的研究，在水火弯板领域的一个重要的突破就是多加热线钢板变形的计算。通过工艺规划软件不仅可以计算出的加热线布置和工艺参数等，而且可以利用基于固有应变法的弹性有限元分析得出变形结果。本项目开发了1个软件，发表高水平论文4篇，获得2项科研奖励，培养硕士生7名，在读硕士生5名。