[发明专利]一种大口径弯管加热导磁体优化方法

说明书

本发明公开了一种大口径弯管加热导磁体优化方法，根据工件、线圈进行建模并划分网格，对导磁体模型进行分割，对所需导磁体部位赋予导磁体属性，其余部位赋予空气属性，并对导磁体模型划分网格，对大口径弯管进行多次感应加热模拟，每次模拟后均对导磁体分布进行优化，直至大口径弯管感应加热模拟结果温度分布均匀，温度均匀时导磁体模型中赋予导磁体属性的那一部分即为所需的导磁体优化结果；通过ANSYS‑APDL语言汇编语言编写程序，提高分析效率；通过分割导磁体模型的形式，分区域，精细化，实现一种动态变化，避免多次重复建模，节省时间人力。

技术领域

本发明涉感应加热领域，涉及一种大口径弯管加热导磁体优化方法。

背景技术

由于受到管道设计、地形复杂情况和施工工艺等影响，大口径、长距离大型管道工程铺设必然要用到弯管、管帽等配套管件。目前在工程中应用的弯管主要有冷弯管、感应加热弯管两种类型。冷弯管加工设备与制造工艺简单，效率高、成本低，感应加热弯管加工技术要求高，工艺、设备复杂，成本高、效率低，多用于重要和特殊要求场合。由于感应加热弯管强度、韧性和应力状态好于冷弯管，在管道铺设过程中，重要管段和特殊位置多采用感应加热弯管。

感应加热弯管加工过程中，弯管的加工质量除与钢管材料属性、机械性能以及加工设备能力、加工精度等影响外，还与制造过程中加热温度、加热速度等工艺参数存在较大关系，加工过程中主要工艺参数的选择与合理控制是感应加热弯管技术的关键。

在对弯管进行感应加热时，由于弯管内外曲率不同，而所使用的感应线圈是圆形，故内侧离感应线圈较外侧更近，会导致内侧温度偏高，如图1所示。如果温度加热不均匀，在变形过程中外壁容易撕裂，内壁容易出现褶皱。因此需要对加热速率慢的部分设置导磁体，导磁体具有汇聚磁力线，提高加热效率的作用。但导磁体的形状、大小、空间分布则需要分析验证。

因此需要对弯管做温度分析，而对弯管做温度分析基本上有两种方法：实验分析和数值分析。实验分析能准确反应实际情况，但其缺点也是十分明显，不仅耗费资金，操作复杂，还耗费人力，一般在产品投入使用前使用该方法做温度验证，在设计过程中并不适合。在实际设计过程中，使用最普遍的温度分析方法是数值分析方法，而在数值分析方法中，有限元法应用最为广泛，基于有限元理论的ANSYS可以完成弯管的温度分析计算。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种可以对大口径弯管感应加热过程仿真、导磁体模型可以根据实际需要进行改变的一种大口径弯管加热导磁体优化方法。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种大口径弯管加热导磁体优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：根据大口径弯管感应加热过程所需工件、设备，建立初始几何模型，包括大口径弯管、感应线圈、导磁体模型，为大口径弯管、感应线圈赋予材料参数并划分网格；

步骤S2：分割所述导磁体模型，通过旋转工作平面，并以工作平面为分割平面，将所述导磁体模型等分为36份；

步骤S3：为分割后的导磁体模型通过使用NUMCMP和NUMSTR命令压缩编号和重新为分割后的导磁体模型编写体编号，其中，所述NUMCMP命令为压缩编号命令，所述NUMSTR命令为设定初始编号命令，分割后的导磁体模型编号分布为1至36的方式进行重新编号；

步骤S4：为导磁体模型赋予材料参数，选定需要赋予导磁体材料参数的编号，为其赋予导磁体材料参数，其余部分赋予空气材料参数，为所述导磁体模型划分网格；

步骤S5：施加边界条件以及相应载荷，进行感应加热分析；

步骤S6：获取大口径弯管感应加热部位温度分布云图，查找大口径弯管温度分布不均匀的地方；