收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

电阻点焊电极热流耦合分析与对流换热特性研究

罗爱辉  
【摘要】: 电阻点焊电极主要承载着导电、散热、施压三大功能。在电阻点焊过程中,电极的温度上升的很快,在高温高压作用下,电极很快就会磨损失效。电极磨损失效的快慢不仅会影响焊接质量的可靠性和健壮性,而且将直接影响到轿车装配焊接工艺的费用和生产效率。电极对流换热作用是电极散热的重要手段,电极冷却不佳,将直接导致电极过早磨损,增加生产成本,进而极大影响焊接装配的生产效率和生产质量。现有的点焊电极研究主要集中在电极材料的改进和替换方面,很少考虑电极的对流换热作用对电极磨损的影响,部分实验研究表明冷却流体流速,水冷管管径和水冷管高度是影响电极对流换热作用的主要因素。然而现有的研究中缺乏对电极对流换热性能的综合认识和评价的数学模型,无法最大限度的发挥冷却水的换热能力。为此,本文综合考虑电极对流换热的影响因素,开展基于热流场耦合的电阻点焊电极对流换热特性建模与优化研究,旨在提高电极对流换热性能和效果,延缓电极磨损失效的速度,降低轿车生产成本。 针对电阻点焊电极对流换热的问题,首先详细的分析电极对流换热的过程和特性,明确电极换热流体流态和电极散热机理;采用有限元仿真和热流场耦合算法,分析确定电极对流换热的主要影响因素;引入电极对流换热性能评价指标-冷却率和排热率的概念,建立面向冷却率的电极对流换热性能评价的响应面模型;在此基础上,展开电极对流换热结构的改进设计,研究基于遗传算法的多目标并行优化的求解方法和结论;最后通过实际工艺条件下电阻点焊对流换热案例分析和优化试验,验证本课题研究方法和结论的有效性。本文的主要研究工作如下: 1)电阻点焊电极对流换热问题分析 在对电阻点焊工艺及电极水冷却系统结构构成介绍的基础上,将电极对流换热分为流和热两个过程来展开对问题的分析。着重分析明确电极冷却流体的流态和特性,剖析电阻点焊工艺的各个阶段电极冷却流体热交换的情况;基于对电阻点焊过程中热接触、热源和热阻的描述,分析电极传热、散热的途径和过程,重点研究电极热输入的机理和组成,建立电极热平衡方程。针对电极对流换热问题,引入冷却率和排热率的概念,建立电极对流换热特性和效果的评价指标,并对影响电极对流换热性能的具体因素进行了分析和归纳,为后续进行建模优化和实际案例分析的工作奠定基础。 2)电极对流换热过程仿真 在分析了电极对流换热性能影响因素的基础上,通过对电极热流场的直接耦合计算,实现电极对流换热过程的一次性求解。借助于编制Gambit和Fluent的自动求解程序,建立有限元分析环境下电极对流换热过程的数值仿真模型,并通过大量的计算,研究电极的冷却流体特性和对流换热特性,着重探讨各类影响因素与电极对流换热效果之间的关系,为后续进行实验建模的工作提供重要的依据和手段。 3)电极对流换热性能评价建模 在前述分析的基础上,确立以冷却流体流速,水冷管管径和水冷管高度为设计参数,以电极对流换热性能评价指标为设计目标,建立8二因子水平实验点,6轴点实验点和1中心实验点的实验设计方案。根据实验回归分析的响应面法和中心组合实验设计法的基本规则,建立面向冷却率的电极对流换热性能评价的响应面模型,并引入方差分析和F检验,验证模型的显著性。通过对响应面模型的曲面图和等高线图分析,明确电极对流换热性能与设计参数之间的变化规律。 4)电极对流换热结构改进和参数优化 电极水冷管末端形式和水冷却腔结构形式影响冷却流体的流场分布,导致冷却壁面处边界层的厚薄不同,进而影响到电极与流体之间的热交换效率。应用已建立的电极热流场耦合仿真模型和分析方法,研究电极结构形式对电极对流换热效果的影响关系,确定电极对流换热结构的改进设计方案。根据电极对流换热问题的实际需求,建立以电极冷却率,生产率和冷却能耗等为指标的多目标综合优化模型,借助遗传算法并行搜索和概率搜索的优异特点,实现不同权重下最优匹配变量的并行全局搜索,求得问题最优解。 5)电阻点焊电极对流换热案例分析及实验验证 在实际的电阻点焊工艺条件下,输入到电极的热量是瞬时变化的。根据电极热输入机理和组成的分析结论,采用理论公式计算的方法获取电极热电接触参数,并在已有点焊分析模型的基础上,确定和分析电阻点焊电极瞬时热量输入的大小和规律。应用本文提出的电极热流场耦合的分析方法,研究实际点焊工艺条件下电极温度特性和对流换热性能,分析结构改进和优化设计方案对实际电极对流换热的影响和作用。通过分析电极对流换热效果对电极表面状态的影响,确立电极对流换热实验目标,并根据实验测量数据验证电极对流换热结构改进和参数优化的结论。 本文在充分吸收和借鉴前人研究成果的基础上,对电阻点焊电极热流耦合方法和对流换热特性进行了深入的研究和探讨,并具体应用于点焊电极的冷却优化实例。本文的工作不但对电极的磨损失效研究有重要的意义,而且对电焊机的设计和电阻焊的实际应用也提供了重要的指导依据。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张衍国,王补宣,彭晓峰,郭亮;高水分烟气的热物理性质[J];燃烧科学与技术;1999年04期
2 尹凤福,李谋渭,朱启建,王峰丽;铝带箔轧机中对流换热特性影响因素的数值模拟[J];冶金设备;2002年05期
3 张贤安;双金属轧片式翅片管管外对流换热准则关系式研究[J];流体机械;2004年07期
4 杨建平,祁卫东,陈光,张丽徽;退火钢卷辐射换热及对流换热的讨论[J];安徽工业大学学报(自然科学版);2004年04期
5 李建平;艾江波;胡仕成;王晓冲;;用ANSYS软件对铝材退火炉内铝卷温度场的数值模拟[J];金属热处理;2008年03期
6 雷勇;;翅片管束传热及阻力特性的三维数值模拟[J];华北科技学院学报;2008年03期
7 魏鹏;杨晶;关玲;;铍青铜真空时效热处理的研究[J];热加工工艺;2010年02期
8 李广鹏;崔永章;;红外线中餐燃气灶炉膛改造的实验研究[J];城市燃气;2011年04期
9 李桂馨;P18一J200型红外再流焊机及其焊接工艺[J];电子工艺技术;1995年06期
10 谢公南;王秋旺;曾敏;罗来勤;;渐扩渐缩波纹通道内脉动流的传热强化[J];高校化学工程学报;2006年01期
11 师晋生;刘瑞;陈东;刘振义;;波纹竖壁下降液膜的传热[J];天津科技大学学报;2006年02期
12 罗爱辉;张旭强;张延松;陈关龙;;电阻点焊电极头冷却对流换热数值模拟与分析[J];焊接学报;2007年01期
13 吴信宇;吴慧英;屈健;郑平;;纳米流体在芯片微通道中的流动与换热特性[J];化工学报;2008年09期
14 张友利;吴双应;;肋片能质传递效率研究[J];石油化工设备;2008年06期
15 段玉龙;周心权;王海燕;吴彩虹;;矿井瓦斯爆炸下巷道内的对流换热系数的探讨分析[J];煤矿安全;2010年04期
16 张承武;刘志刚;管宁;;加热热通量对微柱群通道内强迫对流换热的影响[J];化工学报;2010年12期
17 范晓伟,阴建民,陈钟颀;SIMPLE算法中压力松驰因子的自动生成[J];郑州纺织工学院学报;1997年03期
18 李庆领,刘炳成,张学伟,黄素逸;聚合物在挤出加工过程中的传热特性研究[J];青岛科技大学学报(自然科学版);2004年06期
19 吴金星;魏新利;朱登亮;;流体旋转流动强化对流传热场协同分析[J];冶金能源;2006年01期
20 李建平;王伯长;刘涛;;径向加热与侧喷加热铝材退火炉内流场与温度场数值模拟研究[J];热加工工艺;2008年22期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吕静;王伟峰;周传煜;赵惠忠;于国清;;超临界二氧化碳对流换热特性的实验研究[A];上海市制冷学会2009年学术年会论文集[C];2009年
2 王国斌;刘鑫;刘赵淼;;正弦波形板上Couette流对流换热数值分析[A];北京力学会第十六届学术年会论文集[C];2010年
3 周俊杰;刘利武;魏新利;王定标;;圆管平板-波纹翅片管换热器空气侧流动换热特性的数值模拟[A];2006年石油和化工行业节能技术研讨会会议论文集[C];2006年
4 刘树清;;自然循环锅炉汽包壁温的数学模型与仿真[A];2003年全国系统仿真学术年会论文集[C];2003年
5 朱贺;张永存;刘书田;;开孔金属泡沫换热性能表征方法研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
6 邓世新;王寅;;浅论沥青使用加热[A];第一届全国公路科技创新高层论坛论文集新技术新材料与新设备卷[C];2002年
7 宋绍峰;姜培学;;针翅截面结构影响对流换热的数值研究[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年
8 何玉荣;韩杰才;;Al_2O_3/H_2O纳米流体管内流动和对流换热行为的数值模拟研究[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
9 褚治德;焦士龙;杨俊红;孟宪玲;;红外辐射与对流换热研究及其节能对比分析[A];第十一届全国红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集[C];2007年
10 陈骁;李俊明;戴闻亭;李泽梁;王补宣;;添加纳米颗粒强化微小通道内对流换热[A];第六届全国低温与制冷工程大会会议论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘波;超临界压力流体在圆管内对流换热及热裂解研究[D];清华大学;2013年
2 贾晖;管内单相对流换热的优化和评价[D];华中科技大学;2013年
3 贾晖;管内单相对流换热的优化和评价[D];华中科技大学;2013年
4 杨立军;磁场作用下的对流换热及其场协同分析[D];清华大学;2003年
5 张冠敏;复合波纹板式换热器强化传热机理及传热特性研究[D];山东大学;2006年
6 罗爱辉;电阻点焊电极热流耦合分析与对流换热特性研究[D];上海交通大学;2007年
7 何燕;轮胎非稳态温度场的研究[D];华中科技大学;2005年
8 吕静;二氧化碳跨临界循环及换热特性的研究[D];天津大学;2005年
9 栾志坚;新型板式换热器内高粘性流体传热与流动特性研究[D];山东大学;2009年
10 万飞;立式连续热处理炉带钢加热与冷却数学模型理论研究与应用[D];重庆大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张战恩;覆冰环境条件下空气横掠导线对流换热问题研究[D];长沙理工大学;2011年
2 徐华;微注塑成型充模流动中对流换热的实验研究[D];大连理工大学;2010年
3 曾军明;圆盘平动与转动周面对流换热比拟研究[D];青岛科技大学;2011年
4 李科;裂隙岩体热—水—力三场耦合模型试验与对流换热的理论分析[D];北京交通大学;2012年
5 于明跃;多孔固体构架与气流对流换热特性数值研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 房达;空气—水蒸气混合气体凝结与对流换热特性的数值模拟[D];山东大学;2014年
7 谢婕;多孔全覆盖气膜冷却数值和实验研究[D];南京航空航天大学;2010年
8 邢栋;变压器绕组油道内的对流换热性能实验研究[D];河北工业大学;2012年
9 姬鹏云;对流换热的HSMAC数值方法[D];兰州交通大学;2013年
10 张翔;缝槽壁面强制对流换热研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 汪勤模;35℃:高温和中暑的预警温度[N];中国气象报;2001年
2 李晓鹏 本报记者 李静华;室温控制器让地暖更舒适[N];中国房地产报;2004年
3 蒋小军 本报记者 程超;美国“烈骑”挺进中国西部[N];中国房地产报;2004年
4 爱群;如何设定空调温度[N];西南电力报;2001年
5 本报记者 马晓峰;红外辐射采暖器[N];中国房地产报;2003年
6 ;薄型铜管铝片对流散热器[N];中国有色金属报;2003年
7 米家华 崔厚寅;U型玻璃外墙的热工计算[N];中国建材报;2010年
8 本报记者 程超;Nexans发热电缆 铺就舒适生活[N];中国房地产报;2004年
9 本报记者 倪凤友;低温地板辐射采暖:给寒冷的房市加点温[N];中华建筑报;2009年
10 记者白茂槐 通讯员张俊;国内首创电弧炉一次烟气喷雾冷却净化工艺[N];中国冶金报;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978