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的初值;将压力模和忍棒加热至300°C，并 获取压力模的溫度变化、忍棒的溫度变化和防皱模上的溫度变化;在实验得到的溫度变化 曲线的基础上，通过解析法获取忍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;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，最终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; 步骤5:确定各传热系数;所述的各传热系数包括忍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; 将压力模和忍棒加热至300°C，分别获得该加热过程中的压力模、忍棒、防皱模、弯曲模 和夹持模上的溫度变化曲线;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，[15] 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；A TwB为防皱 模与弯曲模的溫差；A Tbi为弯曲模与镶块的溫差； 建立所述模具和管材完全装配后加热压力模和忍棒的有限元模型，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 后加热压力模和忍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；当模具上模拟的溫度与实验实测溫度 相差在5°CW内时，确定接触面上的界面传热系数。2. 如权利要求1所述铁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，所 述步骤2中确定忍棒与忍棒支座间界面传热系数kMH中： 通过电阻加热棒将与忍棒支座装配在一起的忍棒加热至300°C并获取该加热过程中忍 棒的溫度变化曲线； 所述修正模拟的界面传热系数的过程如下:将忍棒与忍棒支座间界面传热系数kMH作为 有限元模型的参数进行多次有限元模拟，模拟开始前为kMH设定一个初值時；当忍棒支座上 模拟的溫度比实验测得的溫度低时，需调高忍棒与忍棒支座间界面传热系数kMH;当忍棒支 座上模拟的溫度比实验测得的溫度高时，需调低忍棒与忍棒支座间界面传热系数kMH;重复 上述调节过程，直至忍棒上模拟的溫度与实验实测溫度的差值在5°CW内。3. 如权利要求1所述铁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，将 所述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均作为有 限元模型的参数进行多次模拟，模拟开始前为kpB和kBH分别设定初值越和轉，并且趕： 巧二5; 当隔热板模拟的溫度值与实验测得的溫度值之差大于5°c时，所述调整隔热板与压力 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：当隔热板模 拟的溫度比实验测得的溫度高时，需调低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;当隔热板模拟的溫度比实验测得的溫度低时，需调高隔热板与 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;重复上述调节过程，直 至隔热板的模拟溫度与实验的实测溫度差值在5°CW内； 当压力模座上模拟的溫度值与实验测得的溫度值之差大于5°C时，所述调整隔热板与 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:在保证 隔热板上模拟的溫度不变的条件下，当压力模座上模拟的溫度比实验测得的溫度低时，需 调高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;当压力 模座上模拟的溫度比实验测得的溫度高时，需调低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;重复上述调节过程，直至压力模座上模拟的溫度与实 验实测溫度的差值相差在5°CW内。4. 如权利要求1所述铁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，在 确定忍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的初值时，根据防皱模上溫度变化曲线的斜率大小，将整个加热阶 段分为部分传热阶段、完全传热过程和稳态传热过程;基于实验得到的部分传热阶段的数 据，通过公式[13]得到忍棒与管子间界面传热系数kMT的值；「131 式中：CW为防皱模材料的热容;mw是防皱模的质量;SwT是防皱模与管子的接触面积;Twi 和TW2是防皱模在不同时间点的溫度；ΛΤι和ΔΤ2是防皱模与忍棒之间在不同时间点的溫 差;Δ?是时间间隔； 根据实验得到的稳态传热过程的数据，通过公式[14]得到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的值为kwH = kwB;[14] 式中：s?是防皱模与弯曲模之间的接触面积;s?是防皱模与防皱模座之间的接触面积； Tm是忍棒内侧的溫度，村是防皱模的溫度，孔是弯曲模的溫度。5.如权利要求1所述铁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，确 定忍棒与管子间界面传热系数kMT和防皱模与防皱模座间界面传热系数kwH: 将忍棒与管子间界面传热系数kMT和防皱模与防皱模座间界面传热系数kwH作为有限元 模型的参数进行模拟;模拟开始前根据得到的kMT的值设定有限元模拟使用的参数kMT的初 值为磅，根据得到的k?的值设定有限元模拟使用的参数kwH的初值为韓; 当防皱模后端模拟的溫度值与实验测得的溫度值之差大于5°c时，通过公式[16]调整 忍棒与管子间界面传热系数kMT和防皱模与防皱模座间界面传热系数kwH;[]0] 式中：片-1和時-1分别为第η次模拟计算时忍棒与管子间界面传热系数kMT和防皱模与防 皱模座间界面传热系数kwH的值；和喘1。分别为矿 1变化的上限和下限，和蜡分 别为巧-I变化的上限和下限；Λτ?为防皱模后端通过有限元模拟得到的溫度与实验实测溫 度的差值;ΔΤηε为防皱模座上通过有限元模拟得到的溫度与实验实测溫度的差值； 当防皱模后端的模拟溫度比实验测得的溫度高时，需调低忍棒与管子间界面传热系数 kMT和防皱模与防皱模座间界面传热系数km;当防皱模后端的模拟溫度比实验测得的溫度 低时，需调高忍棒与管子间界面传热系数kMT和防皱模与防皱模座间界面传热系数kwH;重复 上述调节过程，直至防皱模后端的模拟溫度与实验实测溫度相差在5°CW内； 当防皱模座上模拟的溫度值与实验测得的溫度值之差大于5°c时，调整忍棒与管子间 界面传热系数kMT和防皱模与防皱模座间界面传热系数kwH: 在保证防皱模上模拟的溫度不变的条件下，根据防皱模座上模拟的溫度与实验测得溫 度，调节忍棒与管子间界面传热系数kMT和防皱模与防皱模座间界面传热系数kwH;当防皱模 座上模拟的溫度比实验测得的溫度低时，需调高忍棒与管子间界面传热系数kMT和防皱模与 防皱模座间界面传热系数kwH;当防皱模座上模拟的溫度比实验测得的溫度高时，需调低忍 棒与管子间界面传热系数kMT和防皱模与防皱模座间界面传热系数kwH;重复上述调节过程， 直至防皱模座上模拟的溫度与实验实测溫度相差在5°CW内。6. 如权利要求1所述铁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，确 定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kB I时:将所述防皱 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均作为有限元模型的参 数进行模拟，模拟开始前根据得到的kwB的初值，设定有限元模拟使用的参数kwB的初值为 ;kBi:kwB = 3,设定有限元模拟使用的参数kBi的初值为心; 当弯曲模上模拟的溫度值与实验测得的溫度值之差大于5°C时，调整防皱模与弯曲模 间界面传热系数kwB和弯曲模与镶块间界面传热系数kBI，具体过程是： 当弯曲模8的模拟溫度比实验测得的溫度高时，调低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;当弯曲模的模拟溫度比实验测得的溫度低时，调高 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;所述调低或调高 所述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时，通过公式 [17]确定调整量：[巧] 式中：砖-1和分别为第η次模拟计算时防皱模与弯曲模间界面传热系数k?和弯曲模 与镶块间界面传热系数kBi的值；域;和祕L。分别为巧-1变化的上限和下限，钱;和分 别为变化的上限和下限；ΔΤβε为弯曲模上通过有限元模拟得到的溫度 与实验实测溫度的差值;ΔΤιε为镶块上通过有限元模拟得到的溫度与实验实测溫度的 差值； 重复上述调节过程，直至弯曲模的模拟溫度与实验实测溫度相差在5°CW内； 当镶块上模拟的溫度值与实验测得的溫度值之差大于5°C时，调整防皱模与弯曲模间 界面传热系数kwB和弯曲模与镶块间界面传热系数kBI，具体过程是： 当镶块上模拟的溫度比实验测得的溫度低时，调高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;当镶块上模拟的溫度比实验测得的溫度高时，调低防 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;重复上述调节过程， 直至镶块上模拟的溫度与实验实测溫度相差在5°CW内。7. 如权利要求1所述铁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，确 定压力模与管子间界面传热系数kPT: 将压力模与管子间界面传热系数kPT作为有限元模型的参数进行模拟，模拟开始前为kPT 设定初值轉;当压力模上模拟的溫度值与实验测得的溫度值之差大于5°c时，通过公式[1引 调整压力模与管子间界面传热系数kPT的值，[淵 式中：辉1为第η次模拟计算时压力模与管子间界面传热系数kPT的值；砖；和/瑞1,,,分别 为&ΓΙ变化的上限和下限；ΔΤρε为压力模上通过有限元模拟得到的溫度与实验实测溫度的 差值； 所述调整压力模与管子间界面传热系数kPT的具体过程如下：当压力模上模拟的溫度比 实验测得的溫度低时，调高压力模与管子间界面传热系数kPT;当压力模上模拟的溫度比实 验测得的溫度高时，调低压力模与管子间界面传热系数kPT;重复上述调节过程，直至压力模 模拟的溫度与实验实测溫度相差在5°CW内。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105550470
【申请号】CN201610033931
【发明人】杨合, 李恒, 陶智君, 杨恒, 马俊, 张志勇
【申请人】西北工业大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月19日