[发明专利]感应加热仿真方法

摘要

本发明提供一种感应加热仿真方法，根据待加热钢件的形状，采用有限元分析软件建立电磁感应加热的有限元模型，求解以实现对钢件感应加热过程的模拟，获得模拟结果，在模拟结果满足工件加热需求的条件下，求解感应线圈—钢件系统的等效电感和等效电阻，并根据求解的等效电感和等效电阻确定感应加热电源的阻抗及补偿电容。通过对感应加热过程进行仿真模拟，对感应加热电源的配置提供理论指导，从而减少设计失误，节约设计成本。

主权项

1.一种感应加热仿真方法，其特征在于，包括：步骤1：采用有限元软件建立有限元电磁感应加热过程仿真模型，包括以下步骤：步骤1.1：取模型的四分之一进行建模，所述模型包括由钢件、感应线圈和空气组成的系统，所述钢件插入至所述感应线圈内；步骤1.2：利用所述有限元软件自身的前处理器创建或从其他建模软件中读入几何模型；步骤1.3：在电磁场分析部分，设定远场区域边缘处磁势为零，所述钢件中心施加磁力线平行边界条件，对称面上设置相应的磁势为零，激励源电流施加在所述感应线圈的截面上，以作为磁场的激励条件；步骤1.4：定义20℃‑1000℃温度范围内所述钢件的电阻率和相对磁导率，所述感应线圈的电阻率和相对磁导率，空气的相对磁导率；步骤1.5：在温度场分析部分，将所述感应线圈与空气单元都设置为空单元，只计算所述钢件区域的热场，所述钢件周围的空气初始温度设定为常数；与空气接触的所述钢件表面，只计算与空气网格节点进行的辐射热交换；步骤1.6：定义20℃‑1000℃温度范围内所述钢件的导热系数、比热容、密度，所述钢件表面的热辐射系数、波兹曼常数；步骤1.7：划分所述钢件的网格；步骤1.8：采用顺序耦合法进行电磁—热之间的耦合计算，首先根据初始条件的温度场，确定材料的物理参数，求解电磁场问题，这样就得到了电磁场输出的热生成率，作为热场仿真所需要的热源输入，然后进行温度场计算，同时根据此时所述钢件的温度场分布，来修正所述钢件材料的物理参数，然后求解电磁场，如此循环，直到到达设定的加热时间，步骤2:电磁感应加热过程模拟仿真，包括：步骤2.1：保持感应加热电源的输出频率、输出电流和输出电压不变，模拟得到所述钢件加热后的温度分布；步骤2.2：基于所述温度分布判断是否满足加热工艺的需求，步骤3:对所述系统的阻抗求解过程模拟仿真，包括：步骤3.1：采用所述有限元分析软件，取所述模型的四分之一进行建模；步骤3.2：利用所述有限元软件自身的前处理器创建或从其他建模软件中读入几何模型；步骤3.3：在电磁场分析部分，设定远场区域边缘处磁势为零，所述钢件中心施加磁力线平行边界条件，对称面上设置相应的磁势为零，激励源电流施加在所述感应线圈的截面上，以作为磁场的激励条件；步骤3.4：定义20℃‑1000℃温度范围内所述钢件的电阻率和相对磁导率，所述感应线圈的电阻率和相对磁导率，空气的相对磁导率；步骤3.5：采用磁场分析的方法计算，模拟得到所述系统的等效电感和等效电阻；步骤3.6：根据所述系统的所述等效电感和等效电阻确定所述感应加热电源的阻抗及补偿电容。