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专利号: 2017109905385
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-10-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种对TP2内螺纹铜管中频加热及施加脉冲电流的模拟方法,该方法包括静态仿真模拟和动态仿真模拟;

所述静态仿真模拟包括如下步骤:

步骤一、提取铜管及感应线圈的几何参数和物理参数,并转换为ANSYS中的命令流语言;依据前述参数建立铜管、感应线圈和空气的实体模型;进行网格划分,获得有限元模型;

步骤二、导入有限元模型,进入物理环境库中进行各物理作用的模拟:其具体内容如下:(1)通过*do循环语言命令来对中频感应加热进行模拟:

导入中频感应加热的电磁物理环境,读入温度载荷并作为初始条件,开始进行电磁分析计算;电磁分析完毕后,导入中频感应加热的热物理环境,将电磁分析中的温度载荷以及电磁分析中的热生成率作为初始条件,进行热计算;计算完毕后,在*do循环命令下,返回开始的电磁分析中,再一次重新开始,根据设置的循环次数依次重复进行,直至达到要求的热处理温度范围为止;

(2)通过*do循环语言命令对脉冲电流进行模拟:

其一,脉冲热电模拟:导入脉冲热电物理环境,将脉冲电流关键参数——脉冲电压、脉冲频率、脉冲宽度转化为ANSYS语言,将感应加热中的温度载荷作为初始条件导入,进行计算;待达到规定的计算时间后,将计算结果保存至相应的结果文件中;

其二,脉冲电磁模拟:导入脉冲电磁物理环境,脉冲电流各参数——脉冲电压、脉冲频率、脉冲宽度通过APDL语言及*do循环命令进行设置,将脉冲热电的温度载荷作为温度初始条件,并将感应加热的电磁力载荷作为电磁场初始条件导入,进行计算;待达到规定的计算时间后,将计算结果保存至相应的结果文件中;

步骤三、首先清除上一次步骤一、步骤二模拟时导入的有限元模型;再次提取铜管及新建立的感应线圈的几何参数和物理参数,并转换为ANSYS中的命令流语言;依据这些参数建立铜管、感应线圈和空气的实体模型;重新进行网格划分,生成新的有限元模型;

步骤四、导入新的有限元模型,进入物理环境库中进行各物理作用的模拟:其具体内容如下:(1)通过*do循环语言命令来对中频感应加热进行模拟:

导入中频感应加热的电磁物理环境,读入上一次模拟中最终时刻的温度载荷并作为初始条件,开始进行电磁分析计算;电磁分析完毕后,导入中频感应加热的热物理环境,将电磁分析中的温度载荷以及电磁分析中的热生成率作为初始条件,进行热计算;计算完毕后,在*do循环命令下,返回开始的电磁分析中,再一次重新开始,根据设置的循环次数依次重复进行,直至达到要求的热处理温度范围为止;

(2)通过*do循环语言命令对脉冲电流进行模拟:

其一,脉冲热电模拟:导入脉冲热电物理环境,将脉冲电流关键参数——脉冲电压、脉冲频率、脉冲宽度转化为ANSYS语言,将感应加热中的温度载荷作为初始条件导入,进行计算;待达到规定的计算时间结束,并将计算结果保存至相应的结果文件中;

其二,脉冲电磁模拟:导入脉冲电磁物理环境,脉冲电流各参数——脉冲电压、脉冲频率、脉冲宽度通过APDL语言及*do循环命令进行设置,将脉冲热电的温度载荷作为温度初始条件,并将感应加热的电磁力载荷作为电磁场初始条件导入,进行计算;待达到规定的计算时间结束,并将计算结果保存至相应的结果文件中;

按照上述步骤,依次重复往复,根据静态仿真模拟中的时间设置,直至达到指定时间为止;

所述动态仿真模拟,其基本步骤与所述静态仿真模拟相同,只是在ANSYS软件平台中,为实现铜管与感应线圈之间的相对运动效果,每将感应线圈移动一次,感应线圈与铜管之间的相对位置发生一次改变,其相应的有限元模型就需要重新建立一次;

所述动态仿真模拟包括如下步骤:

步骤一、同静态仿真模拟步骤一;

步骤二、同静态仿真模拟步骤二;

步骤三、首先清除上一次步骤一、步骤二模拟时导入的有限元模型;提取铜管及新建立的感应线圈的几何参数和物理参数,并转换为ANSYS中的命令流语言;依据前述参数建立铜管、感应线圈和空气的实体模型;重新进行网格划分,生成新的有限元模型;所述新建立的感应线圈,相较上一次模拟时,其感应线圈尺寸没有变化,只是与铜管的相对位置发生改变;

步骤四、导入新的有限元模型,进入物理环境库中进行各物理作用的模拟:其具体内容如下:(1)通过*do循环语言命令来对中频感应加热进行模拟:

导入中频感应加热的电磁物理环境,读入上一次模拟中最终时刻的温度载荷并作为初始条件,开始进行电磁分析计算;电磁分析完毕后,导入中频感应加热的热物理环境,将电磁分析中的温度载荷以及电磁分析中的热生成率作为初始条件,进行热计算;计算完毕后,在*do循环命令下,返回开始的电磁分析中,再一次重新开始,根据设置的循环次数依次重复进行,直至达到要求的热处理温度范围为止;

(2)通过*do循环语言命令对脉冲电流进行模拟:

其一,脉冲热电模拟:导入脉冲热电物理环境,将脉冲电流关键参数——脉冲电压、脉冲频率、脉冲宽度转化为ANSYS语言,将感应加热中的温度载荷作为初始条件导入,进行计算;待达到规定的计算时间结束,并将计算结果保存至相应的结果文件中;

其二,脉冲电磁模拟:导入脉冲电磁物理环境,脉冲电流各参数——脉冲电压、脉冲频率、脉冲宽度通过APDL语言及*do循环命令进行设置,将脉冲热电的温度载荷作为温度初始条件,并将感应加热的电磁力载荷作为电磁场初始条件导入,进行计算;待达到规定的计算时间结束,并将计算结果保存至相应的结果文件中;

按照上述步骤,依次重复往复,根据动态仿真模拟中的时间设置,直至达到指定时间为止;

所述静态仿真模拟和动态仿真模拟,就是采用顺序耦合法对TP2内螺纹铜管中频热处理的同时施加脉冲电流;而且,为实现中频热处理和脉冲电流同时作用在铜管上的等同效果,在静态仿真模拟和动态仿真模拟中的每一次模拟中,中频热处理模拟与脉冲电流模拟所用时间必须相同,且时间越短、中频热处理和脉冲电流同时作用在铜管上的这一等同效果就越明显。

2.根据权利要求1所述的对TP2内螺纹铜管中频加热及施加脉冲电流的模拟方法,其特征在于:所述静态仿真模拟,其具体流程只需在ANSYS软件平台上,通过输入简短的APDL语言,就能使计算机自动完成所述的静态仿真模拟流程,具体流程如下:

1)导入有限元模型;

2)执行ANSYS宏库一至数个;

3)按顺序执行宏库中的各个宏。

3.根据权利要求1所述的对TP2内螺纹铜管中频加热及施加脉冲电流的模拟方法,其特征在于:所述动态仿真模拟,其具体流程只需在ANSYS中输入简短的APDL命令,就能使计算机自动计算完成整个动态仿真模拟流程,具体流程如下:

1)导入有限元模型;

2)执行ANSYS宏库一至数个;

3)按顺序执行宏库中的各个宏;

4)清除模型,移动线圈,生成新的整体模型;

5)再次执行命令1至4,直至达到规定时间。

4.根据权利要求1所述的对TP2内螺纹铜管中频加热及施加脉冲电流的模拟方法,其特征在于:所述在静态仿真模拟和动态仿真模拟中的每一次模拟中,中频热处理模拟与脉冲电流模拟所用时间不超过1s。