International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.1
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pp.48-59
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2018
This paper is mainly concerned with developing the formulae of predicting thermal deformation of steel plate due to multi-line heating. By investigating the results of line heating test and numerical analysis, reasonable heat flux model has been defined. Formulae of predicting the transverse shrinkage and the angular distortion as the dominant thermal deformation types in plate forming by line heating have been derived based on the results of line heating test and numerical analysis with varying plate thickness, heating speed and distance between torches. This paper illustrates how the derived formulae are used in investigating the effect of multi-line heating upon the thermal deformation and how they can be used in defining the limit distance with that there is no interacted effect between torches. This paper ends with describing the extension of the present study.
Since the curved hull plate was made by a series of manufacturing process including cold bending, manual local heating and correction work, the accuracy of curved plate strongly depends on the proficiency of worker. So the demands on the automatic local heating system for curved hull plate have continuously increased and the various researches relevant to it have been performed. Generally, the heat sources used for local heating were flame and induction heat. In terms of initial cost, flame heating is in a better favorable position than induction heating. However, from the viewpoint of the control of heat, induction heating has more advantage. So the various researches related to apply the induction heating to the automatic forming system has been performed. The purpose of this study is to establish the proper capacity of high frequency induction heating system for forming the curved hull plate. In order to do it, the proper coil shape for local heating was designed and the efficiency of induction heating system was determined by comparing of temperature results obtained by FEA and experiment. With the results, the extensive FEA was performed to identify the effect of heated plate dimension, cooling method and the capacity of induction heating system on the amount of heat loss introduced by induction heating. Based on the results, the proper capacity of high frequency induction heating system was proposed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.32
no.12
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pp.1017-1021
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2015
Induction heating has been applied to the preheating process in various industrial fields. It has been used as a simple device structure, limiting the heating zone through controlled variables, and free-welding positions. It would be helpful to weld thick plates with arc welding such as GMAW. The induction heating process is well suited to this process. In this study, in order to find suitable induction heating parameters, a simulation was conducted with multi physics S/W. Three kinds of material were heated by induction coils designed specially for thick plate. Consequently, steel and nimonic alloy were the most efficient materials for preheating by induction. It can be concluded that the induction heating process is a good method for preheating the thick plate.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.1
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pp.66-76
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2017
This paper is concerned with investigating the plastic material properties of steel plate formed by line heating method, and is aimed at implementing more rational design considering the accidental limit states such as collision or grounding. For the present study, line heating test for marine grade steel plate has been carried out with varying plate thickness and heating speed, and then microscopic examination and tensile test have been carried out. From the microscopic, it is found that the grain refined zones like ferrite and pearlite are formed all around the heat affected zone. From the tensile test results, it is seen that yield strength, tensile strength, fracture strain, hardening exponent and strength coefficient vary with plate thickness and heat input quantity. The formulae relating the material properties and heat input parameter should be, therefore, derived for the design purpose considering the accidental impact loading. This paper ends with describing the extension of the present study.
In a line heating process for hull forming, the phase of the steel transforms from austenite to martensite, bainite, ferrite, or pearlite depending on the actual speed of cooling following line heating. In order to simulate the water cooling process widely used in shipyards, a heat transfer analysis on the effects of impinging water jet, film boiling, and radiation was performed. From the above simulation it was possible to obtain the actual speed of cooling and volume percentage of each phase in the inherent strain region of a line heated steel plate. Based on the material properties calculated from the volume percentage of each phase, it should be possible to predict the plate deformations due to line heating with better precision. Compared to the line heating experimental results, the simulated water cooling process method was verified to improve the predictability of the plate deformation due to line heating.
Although a great deal of research has been carried out to solve the plate forming problem and to improve the effectiveness and productivity of the plate forming process, no practical way of automating the plate forming process has been proposed yet. Since characteristics of heating machines may vary, it is necessary to investigate the thermal deformation characteristics of the heating machine that will be used in the automation system its characteristics may be modified as new information about thermal deformation by heating becomes available. In this paper, experiments for line heating have been carried out to calculate the formula of predicting thermal deformation due to line heating with varying affecting parameters, and numerical study has been carried out to produce data beyond the range where a line heating test is impractical. Formulas of predicting transverse distortion and shrinkage have been proposed and derived, based on the present experimental and numerical works. This paper also illustrates how the formula has been modified as new experimental data are added.
This study had the goal of investigating the effect of the curvature along the heating line on the transverse angular distortion of plates having an initial curvature from line heating. A thermo-elasto-plastic analysis was carried out using 54 models with various radii of curvature, plate thicknesses, and heating speeds. The results show the effect of the curvature along the heating line on the angular distortion in relation to changes in the magnitudes of the curvature, heating speed, and plate thickness. The present numerical results show that the time history of the angular distortion after cooling and reaching the final deformed shape for a plate having an initial curvature is quite different from that of a flat plate. This emphasized the importance of considering the curvature effect on the transverse angular distortion. From the viewpoint of the curvature effect on the deformation, it has been seen that the curvature does not affect the transverse shrinkage. In this study the predicting formula for the transverse angular distortion was derived through a regression analysis. It showed that as the curvature increased, the angular distortion was reduced because of the higher bending rigidity at the same heat input parameter, and the peak points moved toward the origin as the curvature increased.
The line heating is a thermoplastic working technique which is used in bending work of steel plate and in correcting the distortion of welded structure. This method is considerably effective when the water-cooling is followed. In this study, an investigation was accomplished to find the effects on the change of material properties when the line heating was applied on the high tensile steel plate of 50kg/mm^2$ grade. Some steel plates were heated to various temperatures and then cooled with water or in the air. In this study, the author measured the angular distortion continuously during line heating to find out the relation between the bending efficiency and heating or water-cooling temperature. Furthermore, its material properties were examined by the V-notch Charpy impact test, the microscope observation and the Vickers hardness test. As results, the followings were clarified. (1) The amount of angular distortion increases as the heating temperature or the water-cooling temperature rises. (2) When the steel plate is heated between 700.deg. C and 900.deg. C, and then is water-cooled over 700.deg. C, some brittle structure is observed. But if the temperature of water-cooling is below 700.deg. C, no brittle one is found. (3) When the steel plate is heated over 800.deg. C and is cooled in the air, there is no unfavrable effect.
Induction heating of float metal products has an increasing importance in many applications, because it generates the heat within workpiece itself and provides high power densities and productivity. In this study, the induction heating of a steel plate to simulate the line heating is investigated by means of the Finite Element Analysis of the magnetic field and temperature distribution. A numerical model is used to calculate temperature distribution within the steel plate during the induction heating with a specially designed inductor. The effects of materital properties depending on the temperature and magnetic field are taken into consideration in an iterative manner. The simulation results show good magnetic field with experimental data and provide good understanding of the process. Since the numerical model demonstrates to be suitable for analysis of induction heating process, the effects of air gap and frequency on magnetic-flux and power-density distribution are also investigated. It is revealed that these process parameters have an important roles on the electro-magnetic field and power-density distribution governing the temperature distribution of the plate.
Sculptured surface structures such as ship hulls are traditionally formed up to the required double curved shape by line heating method. The nature of the line heating process is a transient thermal process, followed by a thermo-elastic-plastic stress field. The permanant shape is dependent on many factors involved in the process, Among them are torch speed and path, supplied heat type and amount , and plate size. Thus, the work is essentially leaded by experts with lots of experiences. However, in order to effectively improve productivity through automation, each factor should be clearly examined how much it affects the final shape. This can not be done only by experiments, but can be achieved by a mechanics-based approach. In this paper, we propose a conceptual configuration for plate forming system, and then present simulations of the line heating process with numerical data in practices and suggest a computerized process of the line heating for practical applications. The modeling of heating torch, water cooling, and the plate to be formed is proposed for the finite element analysis after the mechanics of line heating is studied. Parametric studies are given and discussed for the effects of plate thickness, torch speed and initial curvature in forming a saddle typed surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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