中厚板热应力—外力耦合成形机理及实验研究

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1、分类号TG301单位代码10618密级学号2120990009专业硕士学位论文中厚板热应力-外力耦合成形机理及实验研究研究生姓名：王帅导师姓名及职称：王智祥教授申请专业学位类别工程硕士学位授予单位重庆交通大学论文提交日期2015年4月20日专业领域名称机械工程论文答辩日期2015年5月31日2015年5月TheTheoreticalandExperimentalResearchonThickSteelPlateunderExternalLoadwithThermalStressCouplingADissertationSubmittedfortheDegreeofMast

2、erCandidate：WangShuaiSupervisor：Prof.WangZhixiangChongqingJiaotongUniversity,Chongqing,China重庆交通大学学位论文原创性声明：所呈交的学位论文本人郑重声明，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人１和集体，均已在文中：＾明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。？学位论文作者签名：＾ｖｗ７日期：知皆年《月义日｜重庆

3、交通大学学位论文化权使巧授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件巧电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可Ｗ将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。＇，＾ｉｉ／ｈＡ＾＾学位论文作者签名：指导教师签名：２Ｕ

4、日期；＞９！怎年＜月衣日日期；也年必月日方本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（）电子杂志社ＣＮＫ光盘版Ｉ系列数据库中全文发布，并按《中国优秀博硕±学位论文全文数据库出版章程》规定旱受相关权益。学位论文作者签名：指导教师签名：曰期：年谷月》曰曰期；＞卿＾月《曰摘要摘要船舶中厚板的曲面成形是船舶制造业的重要过程之一，目前，传统的水火弯板成形工艺还存在加热效率低下、成形精度主要依靠工人经验完成等弊端。新的高频感应加热热源以其加热效率高、热量容易准确控制等特点将在未来逐渐替代水火弯板工艺，从而能够提高船舶板材成形质量，降低操作难度和劳动强度。为

5、了更容易地实现板材大变形，借助外载荷和热应力耦合成形是可能的。该工艺是一项涉及理论、实验研究为一体的综合性复杂工作。本文从理论与实验两个部分展开研究工作。理论方面：主要探究板材热应力-外力耦合成形机理问题。实验研究了12mm厚Q345钢在温度和外力耦合作用下的弯曲变形，及不同冷却条件下板材成形后的材料力学性能。理论上借助板材焊接过程中的固有应变理论，推导得到了船用中厚板成形的机理及弯曲变形过程中的应变、应力和热应力产生的弯矩。分析了外载荷和热应力耦合成形过程中的力学问题，基于Duhamel比拟建立了外载荷和热应力耦合作用下带有温度与外载荷的本构关系，结合能量守恒原理，得到

6、了板材达到确定变形所需的等效外力做功的数学表达式，在此基础上利用ANSYS模拟研究了外载荷和热应力耦合作用下板材变形规律。通过实验数据的分析与处理，得到了热应力与外载荷耦合作用下的弯曲角度和曲率半径的变形规律，利用MATLAB曲面建模方法得到了温度，外力和变形量之间的数学模型，最后，研究了不同冷却条件下板材成形后的材料力学性能。实验表明：成形后的板材背面的硬度和拉伸强度都有明显提高，出现“反向强化”现象观察了板材弯曲成形后的组织变化，解释了上述现象成因。这种“反向强化”现象对船舶板材的加工制造及使用是极为有利的。本文主要的工作是借助固有应变法分析得到了温度载荷下的应力、应

7、变和热应力产生的弯矩；通过Duhamel比拟研究了外载荷与热应力耦合成形的机理，并推导了热应力-外力耦合作用下的非线性本构关系。试验环节利用温度载荷与外载荷耦合作用下得到的实验数据分析了弯矩、温度对板材变形的影响规律，并建立了三者间的数学模型。最后借助材料试验方法研究了板材冷却后力学性能，探究热加工后板材本身性能的变化。以上工作为解决金属板材大变形耦合成形机理问题提供了一种方法，为实现船用板材的自动化、精确化大变形加工奠定基础。关键词：中厚板，高频感应，热应力-外力耦合，反向强化。IABSTRACTABSTRACTShippl