[发明专利]用于海洋石油钢管电磁热处理的运动模拟方法

说明书

本发明提出了一种用于海洋石油钢管电磁热处理的运动模拟方法，在移动路径每一个移动载荷步位置上建立两个局部笛卡尔坐标系作为感应器移动和感应器模型建立的基准，两个柱坐标系作为感应器电流载荷加载的基准，通过改变建模基准坐标系来改变感应器模型单元空间位置。在脉冲电流辅助动态中频热处理有限元模拟过程中，感应器从第1个移动载荷步位置处开始加热移动，每个位置加热完毕后，读出结果数据，清除有限元模型，以下一个移动载荷步位置局部坐标系重新建模，以此类推，即可完成整个感应加热过程，实现了较长距离的脉冲电流辅助动态中频热处理的完全耦合。

技术领域

本发明涉及焊管生产领域，具体涉及一种用于海洋石油钢管电磁热处理的运动模拟方法。

背景技术

随着经济的快速发展，我国对石油能源的需求不断增大，加速开发与利用深海油气资源成为我国的重要战略布局。深海油气资源主要通过海底管道运输，但是由于受高压、波浪冲刷、腐蚀的影响，长期服役于海底的石油钢管十分容易在焊缝处产生失效，如何提高石油钢管焊缝的性能、生产出高质量的钢管成为深海油气资源开发与利用至关重要的一环。

脉冲电流辅助中频热处理作为提高石油钢管焊缝性能的一个重要手段，在对焊缝进行中频热处理时通入脉冲电流，可以有效的细化焊缝处组织晶粒，降低焊接残余应力。但是脉冲电流辅助中频热处理是一个动态连续的过程，在进行有限元仿真研究时如何实现运动与脉冲电流辅助中频热处理的耦合是一个难点。

发明内容

针对以上不足，本发明提供了一种用于海洋石油钢管电磁热处理的运动模拟方法，在每一各移动载荷步位置建立一组局部坐标系，两个笛卡尔坐标系作为感应器移动和感应器模型建立的基准，两个柱坐标系作为感应器电流载荷加载的基准，通过改变建模时基准坐标系来改变感应器模型单元空间位置，有效的解决有限元分析时难以将焊管运动与脉冲电流辅助动态中频热处理耦合计算的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于海洋石油钢管电磁热处理的运动模拟方法，其包括以下步骤：

步骤1：确定模拟所需参数，包括石油钢管的焊管类型、感应器尺寸和脉冲电流正负电极参数、感应器和脉冲电流正负电极装配尺寸参数、移动载荷步数量n；

步骤2：建立焊管几何模型，并且一次性建立每一个移动载荷步位置上的脉冲电流正负电极几何模型；

步骤3：建立局部笛卡尔坐标系：对于移动路径上的每一个载荷步位置，分别在焊缝的两侧各建立一个分布在焊管上部内侧的笛卡尔坐标系，作为感应器移动和模型建立的基准；

步骤4：建立局部柱坐标系：在移动路径上的每一次移动载荷步位置上，以感应器的圆心建立一个倾斜角度与感应器角度一致的局部柱坐标系，作为感应器电流载荷加载的基准；

步骤5：设置初值：i＝1；

步骤6：激活第i移动载荷步位置上焊缝笛卡尔坐标系，并以坐标系为基准建立感应器几何模型；

步骤7：激活全局坐标系，并以全局坐标系为基准建立空气几何模型；

步骤8：使用全局坐标系对焊管、脉冲电流正负电极和空气模型进行网格划分，使用第i移动载荷步位置上的局部柱坐标系对感应器进行网格划分，得到有限元模型；

步骤9：中频感应加热求解：设置中频感应加热电磁场求解物理环境，并读入温度载荷作为初始条件进行电磁场求解，电磁场求解结束后，设置中频感应加热温度场求解物理环境，将电磁场求解中所得到的热生成率作为初始条件进行温度场求解，求解结束后，重启电磁场求解，进行中频感应加热循环求解，直到达到所设置的循环次数；

步骤10：脉冲电流辅助加热求解：对第i移动载荷步位置上的脉冲电流正负电极施加脉冲电流载荷并设置脉冲电流辅助加热求解物理环境，读取中频感应加热求解所得的电磁力和温度场作为初始条件进行脉冲电流辅助加热求解，直到达到所设置的求解时间；