[发明专利]对TP2内螺纹铜管中频加热及施加脉冲电流的模拟方法

摘要

本发明公开了一种对TP2内螺纹铜管中频加热及施加脉冲电流的模拟方法，其内容为：模拟了TP2内螺纹铜管的静态仿真，即线圈与TP2内螺纹铜管始终相对静止，对TP2内螺纹铜管同时中频热处理及施加脉冲电流的整个模拟；模拟了TP2内螺纹铜管的动态仿真，即线圈与TP2内螺纹铜管相对运动时，对TP2内螺纹铜管同时中频热处理及施加脉冲电流的整个模拟；在静态模拟和动态模拟中，得到了各时刻，铜管整体及横截面方向上的温度场分布、电磁场分布以及脉冲电流的分布情况，并总结得到各参数对温度场、电磁场、脉冲电流的分布规律。采用本发明方法能够对TP2内螺纹铜管施加脉冲电流和中频热处理作用的实验进行仿真模拟，结果较为准确，很贴近实际实验的效果。

主权项

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。