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

本發(fā)明公開了一種對(duì)TP2內(nèi)螺紋銅管中頻加熱及施加脈沖電流的模擬方法，其內(nèi)容為：模擬了TP2內(nèi)螺紋銅管的靜態(tài)仿真，即線圈與TP2內(nèi)螺紋銅管始終相對(duì)靜止，對(duì)TP2內(nèi)螺紋銅管同時(shí)中頻熱處理及施加脈沖電流的整個(gè)模擬；模擬了TP2內(nèi)螺紋銅管的動(dòng)態(tài)仿真，即線圈與TP2內(nèi)螺紋銅管相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)TP2內(nèi)螺紋銅管同時(shí)中頻熱處理及施加脈沖電流的整個(gè)模擬；在靜態(tài)模擬和動(dòng)態(tài)模擬中，得到了各時(shí)刻，銅管整體及橫截面方向上的溫度場(chǎng)分布、電磁場(chǎng)分布以及脈沖電流的分布情況，并總結(jié)得到各參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)、電磁場(chǎng)、脈沖電流的分布規(guī)律。采用本發(fā)明方法能夠?qū)P2內(nèi)螺紋銅管施加脈沖電流和中頻熱處理作用的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真模擬，結(jié)果較為準(zhǔn)確，很貼近實(shí)際實(shí)驗(yàn)的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種針對(duì)改善TP2內(nèi)螺紋銅管組織的模擬方法，特別涉及一種模擬脈沖電流輔助對(duì)銅管中頻感應(yīng)加熱處理的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)銅管進(jìn)行中頻熱處理的同時(shí)予以施加脈沖電流的數(shù)值模擬。

背景技術(shù)

TP2內(nèi)螺紋銅管被廣泛的應(yīng)用于空調(diào)、制冷器等國(guó)民生產(chǎn)生活中，由于其良好的傳熱性能，因此被廣泛的應(yīng)用于制冷、導(dǎo)熱工業(yè)中。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造TP2內(nèi)螺紋銅管主要采用的方法為鑄軋法，但由于現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)上的局限，普遍存在一定缺陷，在使用過程中，在導(dǎo)熱性能起重要作用的內(nèi)螺紋齒部分在使用一段時(shí)間后，常常易出現(xiàn)疲勞破損而導(dǎo)致裂紋、螺紋齒殘缺、斷齒等現(xiàn)象，這大大降低了螺紋管的導(dǎo)熱性能和使用壽命。為了提高銅管的性能，由此在生產(chǎn)過程中需要克服的加工難度以及人力物力的投入不斷增多，這都加重了企業(yè)的負(fù)擔(dān)和成本。

已有研究結(jié)果表明，脈沖電流作用于高溫金屬組織時(shí)，能夠使其組織得到細(xì)化，改善力學(xué)性能；另一方面，電磁感應(yīng)加熱處理由于具有加熱快、效率高、污染小的優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中普遍應(yīng)用，結(jié)合這兩點(diǎn)，對(duì)銅管進(jìn)行中頻熱處理的同時(shí)，施加脈沖電流，可以細(xì)化銅管組織，改善其力學(xué)性能。從而避免為降低生產(chǎn)工藝缺陷造成的影響而帶來的高加工難度和高生產(chǎn)成本等缺點(diǎn)。

但是在研究對(duì)TP2內(nèi)螺紋銅管進(jìn)行感應(yīng)加熱及施加脈沖電流兩者共同作用下，銅管組織性能獲得的效果，通常都是采用大量的實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行總結(jié)、驗(yàn)證的，雖然通過實(shí)驗(yàn)可以切實(shí)可靠的掌握兩種物理作用下，銅管的組織性能受到的影響及變化，但這需要花費(fèi)大量的人力物力來整理，以及花費(fèi)很多的時(shí)間，更為重要的是，實(shí)驗(yàn)只能通過金相實(shí)驗(yàn)等來查看組織，最重要的實(shí)驗(yàn)過程中，銅管上各部位的溫度場(chǎng)、電磁場(chǎng)分布、脈沖電流的分布情況、變化情況是在實(shí)驗(yàn)中是不可能獲得的，因此，通過實(shí)驗(yàn)只能對(duì)實(shí)驗(yàn)完后的試件進(jìn)行金相實(shí)驗(yàn)來得到銅管組織晶粒在不同參數(shù)下的變化，從而獲得一定的規(guī)律，而在實(shí)驗(yàn)過程中的起重要作用的各物理場(chǎng)則無任何獲得，缺陷太大，而ANSYS軟件由于具有電磁物理場(chǎng)、熱電耦合場(chǎng)等多物理場(chǎng)的耦合，以及強(qiáng)大的數(shù)值模擬功能，通過電子計(jì)算機(jī)的準(zhǔn)確計(jì)算，可以獲得接近實(shí)際的效果而獲得廣泛的使用。

因此，基于實(shí)驗(yàn)中存在的上述缺陷以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和ANSYS軟件的強(qiáng)大功能，采用ANSYS軟件作為模擬仿真平臺(tái)是節(jié)約成本、時(shí)間、人力、物力，又較為準(zhǔn)確接近實(shí)際情況的絕佳方法，更為重要的是，其為實(shí)驗(yàn)做好了大量的準(zhǔn)備工作和向?qū)怨ぷ鳎瑸閷?shí)驗(yàn)總結(jié)相應(yīng)的規(guī)律做了很好的鋪墊，并且生動(dòng)、形象、較為準(zhǔn)確的給出實(shí)驗(yàn)過程中主要物理場(chǎng)的作用機(jī)制，為總結(jié)規(guī)律提供了重要的支撐和材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于ANSYS仿真模擬平臺(tái)對(duì)TP2內(nèi)螺紋銅管整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行仿真計(jì)算、能夠較為準(zhǔn)確的模擬改善銅管性能的中頻熱處理及脈沖電流加載這兩個(gè)物理作用、并能更為接近實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程的模擬計(jì)算方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種對(duì)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(dòng)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(yǔ)言；依據(jù)前述參數(shù)建立銅管、感應(yīng)線圈和空氣的實(shí)體模型；進(jìn)行網(wǎng)格劃分，獲得有限元模型；