[發明專利]一種基于有限元數值模擬的棒材芯表溫差計算方法

在審

• 申請號: 202110884326.5
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113627055A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 趙林;章小峰;武學俊;黃貞益;李佑河;席波;侯群峰
• 申請（專利權）人: 南京鋼鐵股份有限公司;安徽工業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10;G06F119/08
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 艾中蘭

1.一種基于有限元數值模擬的棒材芯表溫差計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：根據棒材幾何參數，在有限元分析軟件ANSYS的前處理模塊中建立棒材的三維幾何模型，或在三維建模軟件中建立棒材的三維幾何模型，并將節點單元數據讀入有限元分析軟件ANSYS中；

步驟2：建立材料熱物性參數模型；

步驟3：在有限元分析軟件ANSYS中對棒材的三維幾何模型進行網格劃分；

步驟4：定義實體單元和表面效應單元類型及表面效應單元實常數；

步驟5：設置初始條件和邊界條件；

步驟6：施加載荷及載荷選項；

步驟7：進行模擬求解設置；

步驟8：設置計算時間步長和迭代步數，完成求解；

步驟9：進入時間-歷程POST26后處理器，對棒材的三維幾何模型進行瞬態分析，獲取棒材三維幾何模型在任意時間點上的芯表溫度值，分別計算出芯表溫度曲線，進行求差計算得到芯表溫度差。

2.如權利要求1所述的基于有限元數值模擬的棒材芯表溫差計算方法，其特征在于，所述材料熱物性參數包括材料不同溫度下的材料密度、導熱系數、比熱容。

3.如權利要求1所述的基于有限元數值模擬的棒材芯表溫差計算方法，其特征在于，所述步驟4，選用SOLID70實體單元和SURF152表面效應單元覆蓋需要施加載荷的熱實體表面，設置SURF152表面效應單元的斯蒂芬·波爾茲曼常數，將SURF152表面效應單元作為施加所需載荷的管道。

4.如權利要求1所述的基于有限元數值模擬的棒材芯表溫差計算方法，其特征在于，所述步驟5，設置邊界條件為：

式中T_W代表固體的表面溫度(℃)，T_A代表流體主流溫度(℃)，h_z代表綜合換熱系數(W/m²·℃)；h_a代表對流換熱系數(W/m²·℃)，h_r代表輻射換熱(W/m²·℃)。

5.如權利要求1所述的基于有限元數值模擬的棒材芯表溫差計算方法，其特征在于，所述步驟6，將載荷施加在棒材的三維幾何模型的節點和單元上，根據實際情況對棒材的三維幾何模型進行加載，包括棒材初始均勻溫度場、環境溫度，定義分析類型為瞬態分析，載荷步選擇Stepped。

6.如權利要求1所述的基于有限元數值模擬的棒材芯表溫差計算方法，其特征在于，所述步驟7，采用牛頓-拉夫森法進行求解，求解器選用SPARSE求解器，設置求解的結果為：(1)節點的自由度值，為基本解；(2)原始解的導出值，為單元解。

7.如權利要求1所述的基于有限元數值模擬的棒材芯表溫差計算方法，其特征在于，所述步驟3，采用mapped網格劃分方式，網格采用六面體網格，單元尺寸設為1。