[发明专利]钛管数控加热弯曲过程界面传热系数的确定方法

摘要

一种钛管数控加热弯曲过程界面传热系数的确定方法，基于对实验结果和有限元模拟数据的比对，通过逐步反算法得到了大直径薄壁难变形钛管数控加热弯曲时各接触面的界面传热系数。本发明针对不同的界面传热系数装配并加热相应的模具，进而获得不同情况下不同模具的温度变化曲线，在此基础上利用建立的有限元模型对上述加热过程进行有限元模拟，模拟开始时设置界面传热系数初值，然后将模拟所得模具温度和实验测得的模具温度对比，通过反算法不断修正相应界面传热系数的数值，最终得到准确的界面传热系数。本发明具有精度高、操作简单的特点，不需要直接测量接触面上的温度，能在少量的实验后得到几乎所有接触面上的界面传热系数，节约成本。

主权项

1.一种钛管数控加热弯曲过程界面传热系数的确定方法，其特征在于，具体过程是：步骤1：建立大直径薄壁纯钛管数控热弯成形加热过程有限元模型；步骤2：确定芯棒与芯棒支座间界面传热系数kMH；在确定芯棒与芯棒支座间界面传热系数kMH时，首先通过实验的方法确定芯棒各测量点在加热过程中的温度变化曲线；建立所述芯棒加热过程的有限元模型，将芯棒与芯棒支座间界面传热系数kMH作为模型参数，对所述芯棒的单独加热过程进行多次有限元模拟，采用反算法和二分法，通过公式[10]，对每一次模拟所使用的界面传热系数kMH进行修正；式中：为第n次模拟计算时芯棒与芯棒支座间界面传热系数k_MH的值；和分别为变化的上限和下限；△T_MH为芯棒支座上通过有限元模拟得到的温度与实验实测温度的差值；将每一次修正后的界面传热系数再代入模型中进行下一次模拟；当芯棒上模拟的各测量点在加热过程中的采样温度与实验得到的各测量点在加热过程中的温度相差在5℃以内时，该模拟所用的界面传热系数kMH作为芯棒与芯棒支座间的最终确定的界面传热系数kMH；步骤3：确定隔热板与压力模座间界面传热系数kBH和压力模与隔热板间界面传热系数kPB；采用第二步中确定芯棒与芯棒支座间界面传热系数kMH的方法，确定隔热板与压力模座间界面传热系数kBH，和压力模与隔热板间界面传热系数kPB；所述确定隔热板与压力模座间界面传热系数kBH和压力模与隔热板间界面传热系数kPB的具体过程是：将装配在一起的压力模、隔热板和压力模座中的压力模加热至300℃，并获取该加热过程中压力模的温度变化曲线；通过公式[11]得到隔热板与压力模座间界面传热系数kBH和压力模与隔热板间界面传热系数kPB的比值为5，即kPB：kBH＝5；式中：SBH为隔热板与压力模座之间的面积；SPB为隔热板与压力模之间的面积；ΔTBH为隔热板与压力模座之间的温差；ΔTPB为隔热板与压力模之间的温差；建立上述压力模加热过程的有限元模型，将隔热板与压力模座间界面传热系数kBH和压力模与隔热板间界面传热系数kPB作为模型参数进行多次有限元模拟，采用反算法和二分法，利用公式[12]，对每一次模拟所使用的界面传热系数分别进行修正；式中，为第n次模拟计算时压力模与隔热板间界面传热系数k_PB的值，为第n次模拟计算时隔热板与压力模座间界面传热系数k_BH的值；和分别为变化的上限和下限，和分别为变化的上限和下限；△T_BA为隔热板上通过有限元模拟得到的温度与实验实测温度的差值；△T_PH为压力模座上通过有限元模拟得到的温度与实验实测温度的差值；步骤4：确定芯棒与管子间界面传热系数kMT的初值、防皱模与防皱模座间界面传热系数kWH的初值和防皱模与弯曲模间界面传热系数kWB的初值；通过实验和解析法，得到芯棒与管子间界面传热系数kMT的初值、防皱模与防皱模座间界面传热系数kWH的初值和防皱模与弯曲模间界面传热系数kWB的初值；将压力模和芯棒加热至300℃，并获取压力模的温度变化、芯棒的温度变化和防皱模上的温度变化；在实验得到的温度变化曲线的基础上，通过解析法获取芯棒与管子间界面传热系数kMT、防皱模与防皱模座间界面传热系数kWH和防皱模与弯曲模间界面传热系数kWB；步骤5：确定各传热系数；所述的各传热系数包括芯棒与管子间界面传热系数kMT、防皱模与防皱模座间界面传热系数kWH、防皱模与弯曲模间界面传热系数kWB、压力模与管子间界面传热系数kPT和弯曲模与镶块间界面传热系数kBI；将压力模和芯棒加热至300℃，分别获得该加热过程中的压力模、芯棒、防皱模、弯曲模和夹持模上的温度变化曲线；通过公式[15]得到防皱模与弯曲模间界面传热系数kWB和弯曲模与镶块间界面传热系数kBI的比值，式中：SWB为防皱模与弯曲模的接触面积；SBI为弯曲模与镶块的接触面积；ΔTWB为防皱模与弯曲模的温差；ΔTBI为弯曲模与镶块的温差；建立模具和管材完全装配后加热压力模和芯棒的有限元模型，将上述界面传热系数作为模型参数进行多次有限元模拟，采用反算法和二分法，对所述模具和管材完全装配后加热压力模和芯棒的模拟过程中每一次模拟所使用的界面传热系数进行修正；将每一次修正后的界面传热系数代入模型中进行下一次模拟；当模具上模拟的温度与实验实测温度相差在5℃以内时，确定接触面上的界面传热系数。