电阻热弯板工艺热源模型建立及实验验证

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1、硕士学位论文电阻热弯板工艺热源模型建立及实验验证ESTABLISHMENTOFTHEJOULEHEATINGBENDINGPLATEPROCESSHEATSOURCEMODELANDEXPERIMENTALVERIFICATION任冬亮哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：U663.1学校代码：10213国际图书分类号：629.5密级：公开工学硕士学位论文电阻热弯板工艺热源模型建立及实验验证硕士研究生：任冬亮导师：初冠南副教授申请学位：工学硕士学科：船舶与海洋工程所在单位：船舶与海洋工程学院答辩日期：2015年6

2、月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:U663.1U.D.C:629.5DissertationfortheMasterDegreeinShipEngineeringESTABLISHMENTOFTHEJOULEHEATINGBENDINGPLATEPROCESSHEATSOURCEMODELANDEXPERIMENTALVERIFICATIONCandidate：RenDongliangSupervisor：AssociateProf.ChuGuannanAcademicDegreeAppli

3、edfor：MasterofShipEngineeringSpeciality：NavalArchitectureandOceanEngineeringAffiliation：SchoolofNavalArchitectureandOceanEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要现代船舶建造一个技术瓶颈就是难以快速地制造能够达到高航行性能和低阻

4、力的船体外壳。传统上，船舶的钢制外壳是通过水火弯板的工艺实现的。水火弯板就是通过氧乙炔火焰和水流对钢板局部进行快速冷热处理，使钢板在急剧的温差条件下积累塑性应变，并最终形成某个复杂双向曲面。本文从提高水火弯板工艺效率的角度出发，提出采用大功率直流电直接导入钢板，利用钢板自身电阻产生的热量，在钢板内部形成类似于氧乙炔火焰的热源效果。该方法形成的热源具有“内生性”，因而热量的反射和辐射损失远远小于传统热源，因此能大大提高能量利用率。电阻热弯板形成既具有传统水火弯板成形复杂曲面的能力，又具有远胜于传统热源的可调控性，并且没有

5、污染性气体排放，具有环境友好等特性。这些优点使得电阻热更易于实现工艺自动化，产业化运用前景广阔。本文围绕电阻热热源模型的建立展开数值模拟及实验验证工作，最终得出具有代表性的电阻热热源模型。首先，研究电阻热工艺参数对电流密度的影响，选择出建立典型电极形式的数值模型。通过对主要工艺参数的大量数值模拟，对实验结果的对比分析，判断钢板参数、电流特征和电极特征等对钢板内部电流密度分布的影响规律，筛选出最重要的工艺参数——电极间距，建立以矩形电极为代表性的典型电极形式数学模型,为后续建立热源模型奠定基础；其次，通过分析钢板数值模拟

6、中电热双向耦合对模拟结果的影响，得出电阻热弯板数值模拟中电热双向耦合不可忽略，但钢板的比热容和热传导率可以视为常数。根据大量电热耦合模拟结果进行数值拟合，最终建立起电阻热的热源模型；然后，针对性设计实验对电阻热模型的某些规律进行验证。通过科学的实验充分地验证电阻热作为取代氧乙炔火焰进行水火弯板的可行性，并发现电阻热弯板应用中应注意的其他现象及临界电流等具体规律。在论文最后对研究结果和不足之处予以总结，并对电阻热热源的研究和产业化应用进行了展望。关键词：水火弯板；电阻热；电流密度；热源模型；电热耦合-I-哈尔滨工业大学工

7、学硕士学位论文AbstractToquicklybuildhullshellofhighperformanceandlowresistanceisdifficultsincethebeginningofmodernshipbuilding.Traditionally,thehullshellisachievedbyline-heatingprocess.Byusingoxyacetyleneflamefastheatingandwaterrapidcooling,thisprocessmakesthesteelplat

8、eundertheconditionofplasticstrain,andultimatelyformacomplextwo-waycurvedsurface.Thispaperaimsatimprovingtheefficiencyofline-heatingprocess,bydirectlyimporthighpowerDC