[发明专利]一种工件运动状态下多频感应淬火加热的有限元模拟方法

权利要求书

1.一种工件运动状态下多频感应加热的有限元模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定感应线圈单次转动角度、第一频率单次加热时间步和第二频率单次加热时间步；

根据工件和实际线圈尺寸建立工件多频感应加热模型；

基于所述工件多频感应加热模型，建立以工件为中心的圆柱坐标系；

建立工件的空气域模型，以模拟实际感应加热过程感应线圈磁场发散到周围空气中，并对工件和多频感应线圈进行网格划分；

在第一频率单次加热时间步之内，求解第一频率加热温度场；

在第二频率单次加热时间步之内，求解第二频率加热温度场；

叠加第一频率加热温度场结果和第二频率加热温度场结果，形成本次加热时间步的温度场结果；感应线圈转动所述感应线圈单次转动角度；

以上一次叠加第一频率和第二频率加热温度场后的温度结果作为下一次计算的初始条件，在加热时间内进行循环迭代计算。

2.根据权利要求1所述的一种工件运动状态下多频感应加热的有限元模拟方法，其特征在于，在加热时间内进行循环迭代计算，包括：

设定初始值i＝0，j＝1，k＝2；

判断是否jk，如果是，则求解第一频率加热温度场，当完成时间子步循环时，令j＝j+2；如果否，求解第二频率加热温度场，当完成时间子步循环时，令k＝k+2、i＝i+1；

再次判断是否jk，如果是，则提取第i次中频加热和高频加热温度场结果，并将两温度场进行手动叠加，形成新的温度场结果，如果否，则读取循环程序宏文件，进行下一次迭代计算。

3.根据权利要求2所述的一种工件运动状态下多频感应加热的有限元模拟方法，其特征在于，形成新的温度场结果之后，还包括：判断是否达到预定加热时间，若达到，加热结束；若未达到，则读取循环程序宏文件，进行下一次迭代计算。

4.根据权利要求2所述的一种工件运动状态下多频感应加热的有限元模拟方法，其特征在于，求解第一频率加热温度场包括：

若i＝0，则以t＝25℃为初始条件，读取第一频率电磁场和温度场物理环境，求解第一频率加热温度场并保存结果，第一频率加热时间步长为m；

若i≠0，则以第i次叠加后的温度场为初始条件，读取第一频率电磁场和温度场物理环境，求解第一频率加热温度场并保存结果，加热时间衔接上一时间步长T＝m×j；

判断是否完成时间子步循环，若未完成，则读取上一子步温度场温度结果为初始施加条件，求解第一频率加热温度场并保存结果；

求解第二频率加热温度场包括：

若i＝0，则以t＝25℃为初始条件，读取第二频率电磁场和温度场物理环境，求解第二频率加热温度场并保存结果，第二频率加热时间步长为m；

若i≠0，则以第i次叠加后的温度场为初始条件，读取第二频率电磁场和温度场物理环境，求解第二频率加热温度场并保存结果，加热时间衔接上一时间步长T＝m×k；

判断是否完成时间子步循环，若未完成，读取上一子步温度场温度结果为初始施加条件，求解第二频率加热温度场并保存结果。

5.根据权利要求2或3所述的一种工件运动状态下多频感应加热的有限元模拟方法，其特征在于，通过循环嵌套程序宏文件，衔接上上一步加热时间，使本次迭代计算过程中承接上一步叠加后的温度结果。

6.根据权利要求1所述的一种工件运动状态下多频感应加热的有限元模拟方法，其特征在于，所述工件为滚珠丝杠。

7.根据权利要求6所述的一种工件运动状态下多频感应加热的有限元模拟方法，其特征在于，所述第一频率为中频；所述第二频率为高频。

8.根据权利要求7所述的一种工件运动状态下多频感应加热的有限元模拟方法，其特征在于，中高频感应线圈为弓字型结构环绕在滚珠丝杠周侧。

9.根据权利要求8所述的一种工件运动状态下多频感应加热的有限元模拟方法，其特征在于，中高频感应线圈绕滚珠丝杠自身轴线转动式加热，通过调节中高频频线圈转速和中高频感应线圈周向弧度比来提高滚珠丝杠加热质量。