[發(fā)明專利]對TP2內(nèi)螺紋銅管中頻加熱及施加脈沖電流的模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710990538.5
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107742030B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓毅;張鏖茵;雷鳴
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 13116
• 代理人: 崔鳳英

1.一種對TP2內(nèi)螺紋銅管中頻加熱及施加脈沖電流的模擬方法，該方法包括靜態(tài)仿真模擬和動態(tài)仿真模擬；

所述靜態(tài)仿真模擬包括如下步驟：

步驟一、提取銅管及感應(yīng)線圈的幾何參數(shù)和物理參數(shù)，并轉(zhuǎn)換為ANSYS中的命令流語言；依據(jù)前述參數(shù)建立銅管、感應(yīng)線圈和空氣的實體模型；進(jìn)行網(wǎng)格劃分，獲得有限元模型；

步驟二、導(dǎo)入有限元模型，進(jìn)入物理環(huán)境庫中進(jìn)行各物理作用的模擬：其具體內(nèi)容如下：

(1)通過*do循環(huán)語言命令來對中頻感應(yīng)加熱進(jìn)行模擬：

導(dǎo)入中頻感應(yīng)加熱的電磁物理環(huán)境，讀入溫度載荷并作為初始條件，開始進(jìn)行電磁分析計算；電磁分析完畢后，導(dǎo)入中頻感應(yīng)加熱的熱物理環(huán)境，將電磁分析中的溫度載荷以及電磁分析中的熱生成率作為初始條件，進(jìn)行熱計算；計算完畢后，在*do循環(huán)命令下，返回開始的電磁分析中，再一次重新開始，根據(jù)設(shè)置的循環(huán)次數(shù)依次重復(fù)進(jìn)行，直至達(dá)到要求的熱處理溫度范圍為止；

(2)通過*do循環(huán)語言命令對脈沖電流進(jìn)行模擬：

其一，脈沖熱電模擬：導(dǎo)入脈沖熱電物理環(huán)境，將脈沖電流關(guān)鍵參數(shù)——脈沖電壓、脈沖頻率、脈沖寬度轉(zhuǎn)化為ANSYS語言，將感應(yīng)加熱中的溫度載荷作為初始條件導(dǎo)入，進(jìn)行計算；待達(dá)到規(guī)定的計算時間后，將計算結(jié)果保存至相應(yīng)的結(jié)果文件中；

其二，脈沖電磁模擬：導(dǎo)入脈沖電磁物理環(huán)境，脈沖電流各參數(shù)——脈沖電壓、脈沖頻率、脈沖寬度通過APDL語言及*do循環(huán)命令進(jìn)行設(shè)置，將脈沖熱電的溫度載荷作為溫度初始條件，并將感應(yīng)加熱的電磁力載荷作為電磁場初始條件導(dǎo)入，進(jìn)行計算；待達(dá)到規(guī)定的計算時間后，將計算結(jié)果保存至相應(yīng)的結(jié)果文件中；

步驟三、首先清除上一次步驟一、步驟二模擬時導(dǎo)入的有限元模型；再次提取銅管及新建立的感應(yīng)線圈的幾何參數(shù)和物理參數(shù)，并轉(zhuǎn)換為ANSYS中的命令流語言；依據(jù)這些參數(shù)建立銅管、感應(yīng)線圈和空氣的實體模型；重新進(jìn)行網(wǎng)格劃分，生成新的有限元模型；

步驟四、導(dǎo)入新的有限元模型，進(jìn)入物理環(huán)境庫中進(jìn)行各物理作用的模擬：其具體內(nèi)容如下：

(1)通過*do循環(huán)語言命令來對中頻感應(yīng)加熱進(jìn)行模擬：

導(dǎo)入中頻感應(yīng)加熱的電磁物理環(huán)境，讀入上一次模擬中最終時刻的溫度載荷并作為初始條件，開始進(jìn)行電磁分析計算；電磁分析完畢后，導(dǎo)入中頻感應(yīng)加熱的熱物理環(huán)境，將電磁分析中的溫度載荷以及電磁分析中的熱生成率作為初始條件，進(jìn)行熱計算；計算完畢后，在*do循環(huán)命令下，返回開始的電磁分析中，再一次重新開始，根據(jù)設(shè)置的循環(huán)次數(shù)依次重復(fù)進(jìn)行，直至達(dá)到要求的熱處理溫度范圍為止；

(2)通過*do循環(huán)語言命令對脈沖電流進(jìn)行模擬：

其一，脈沖熱電模擬：導(dǎo)入脈沖熱電物理環(huán)境，將脈沖電流關(guān)鍵參數(shù)——脈沖電壓、脈沖頻率、脈沖寬度轉(zhuǎn)化為ANSYS語言，將感應(yīng)加熱中的溫度載荷作為初始條件導(dǎo)入，進(jìn)行計算；待達(dá)到規(guī)定的計算時間結(jié)束，并將計算結(jié)果保存至相應(yīng)的結(jié)果文件中；

其二，脈沖電磁模擬：導(dǎo)入脈沖電磁物理環(huán)境，脈沖電流各參數(shù)——脈沖電壓、脈沖頻率、脈沖寬度通過APDL語言及*do循環(huán)命令進(jìn)行設(shè)置，將脈沖熱電的溫度載荷作為溫度初始條件，并將感應(yīng)加熱的電磁力載荷作為電磁場初始條件導(dǎo)入，進(jìn)行計算；待達(dá)到規(guī)定的計算時間結(jié)束，并將計算結(jié)果保存至相應(yīng)的結(jié)果文件中；

按照上述步驟，依次重復(fù)往復(fù)，根據(jù)靜態(tài)仿真模擬中的時間設(shè)置，直至達(dá)到指定時間為止；

所述動態(tài)仿真模擬，其基本步驟與所述靜態(tài)仿真模擬相同，只是在ANSYS軟件平臺中，為實現(xiàn)銅管與感應(yīng)線圈之間的相對運動效果，每將感應(yīng)線圈移動一次，感應(yīng)線圈與銅管之間的相對位置發(fā)生一次改變，其相應(yīng)的有限元模型就需要重新建立一次；

所述動態(tài)仿真模擬包括如下步驟：

步驟一、同靜態(tài)仿真模擬步驟一；

步驟二、同靜態(tài)仿真模擬步驟二；

步驟三、首先清除上一次步驟一、步驟二模擬時導(dǎo)入的有限元模型；提取銅管及新建立的感應(yīng)線圈的幾何參數(shù)和物理參數(shù)，并轉(zhuǎn)換為ANSYS中的命令流語言；依據(jù)前述參數(shù)建立銅管、感應(yīng)線圈和空氣的實體模型；重新進(jìn)行網(wǎng)格劃分，生成新的有限元模型；所述新建立的感應(yīng)線圈，相較上一次模擬時，其感應(yīng)線圈尺寸沒有變化，只是與銅管的相對位置發(fā)生改變；

步驟四、導(dǎo)入新的有限元模型，進(jìn)入物理環(huán)境庫中進(jìn)行各物理作用的模擬：其具體內(nèi)容如下：

(1)通過*do循環(huán)語言命令來對中頻感應(yīng)加熱進(jìn)行模擬：

導(dǎo)入中頻感應(yīng)加熱的電磁物理環(huán)境，讀入上一次模擬中最終時刻的溫度載荷并作為初始條件，開始進(jìn)行電磁分析計算；電磁分析完畢后，導(dǎo)入中頻感應(yīng)加熱的熱物理環(huán)境，將電磁分析中的溫度載荷以及電磁分析中的熱生成率作為初始條件，進(jìn)行熱計算；計算完畢后，在*do循環(huán)命令下，返回開始的電磁分析中，再一次重新開始，根據(jù)設(shè)置的循環(huán)次數(shù)依次重復(fù)進(jìn)行，直至達(dá)到要求的熱處理溫度范圍為止；

(2)通過*do循環(huán)語言命令對脈沖電流進(jìn)行模擬：

其一，脈沖熱電模擬：導(dǎo)入脈沖熱電物理環(huán)境，將脈沖電流關(guān)鍵參數(shù)——脈沖電壓、脈沖頻率、脈沖寬度轉(zhuǎn)化為ANSYS語言，將感應(yīng)加熱中的溫度載荷作為初始條件導(dǎo)入，進(jìn)行計算；待達(dá)到規(guī)定的計算時間結(jié)束，并將計算結(jié)果保存至相應(yīng)的結(jié)果文件中；

其二，脈沖電磁模擬：導(dǎo)入脈沖電磁物理環(huán)境，脈沖電流各參數(shù)——脈沖電壓、脈沖頻率、脈沖寬度通過APDL語言及*do循環(huán)命令進(jìn)行設(shè)置，將脈沖熱電的溫度載荷作為溫度初始條件，并將感應(yīng)加熱的電磁力載荷作為電磁場初始條件導(dǎo)入，進(jìn)行計算；待達(dá)到規(guī)定的計算時間結(jié)束，并將計算結(jié)果保存至相應(yīng)的結(jié)果文件中；

按照上述步驟，依次重復(fù)往復(fù)，根據(jù)動態(tài)仿真模擬中的時間設(shè)置，直至達(dá)到指定時間為止；

所述靜態(tài)仿真模擬和動態(tài)仿真模擬，就是采用順序耦合法對TP2內(nèi)螺紋銅管中頻熱處理的同時施加脈沖電流；而且，為實現(xiàn)中頻熱處理和脈沖電流同時作用在銅管上的等同效果，在靜態(tài)仿真模擬和動態(tài)仿真模擬中的每一次模擬中，中頻熱處理模擬與脈沖電流模擬所用時間必須相同，且時間越短、中頻熱處理和脈沖電流同時作用在銅管上的這一等同效果就越明顯。